java中的forkjoin框架的使用

java中的forkjoin框架的使用

fork join框架是java 7中引入框架，这个框架的引入主要是为了提升并行计算的能力。

fork join主要有两个步骤，第一就是fork，将一个大任务分成很多个小任务，第二就是join，将第一个任务的结果join起来，生成最后的结果。如果第一步中并没有任何返回值，join将会等到所有的小任务都结束。

还记得之前的文章我们讲到了thread pool的基本结构吗？

ExecutorService - ForkJoinPool 用来调用任务执行。

workerThread - ForkJoinWorkerThread 工作线程，用来执行具体的任务。

task - ForkJoinTask 用来定义要执行的任务。

下面我们从这三个方面来详细讲解fork join框架。

ForkJoinPool

ForkJoinPool是一个ExecutorService的一个实现，它提供了对工作线程和线程池的一些便利管理方法。

public class ForkJoinPool extends AbstractExecutorService

一个work thread一次只能处理一个任务，但是ForkJoinPool并不会为每个任务都创建一个单独的线程，它会使用一个特殊的数据结构double-ended queue来存储任务。这样的结构可以方便的进行工作窃取（work-stealing）。

什么是work-stealing呢？

默认情况下，work thread从分配给自己的那个队列头中取出任务。如果这个队列是空的，那么这个work thread会从其他的任务队列尾部取出任务来执行，或者从全局队列中取出。这样的设计可以充分利用work thread的性能，提升并发能力。

下面看下怎么创建一个ForkJoinPool。

最常见的方法就是使用ForkJoinPool.commonPool()来创建，commonPool()为所有的ForkJoinTask提供了一个公共默认的线程池。

ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();

另外一种方式是使用构造函数：

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(2);

这里的参数是并行级别，2指的是线程池将会使用2个处理器核心。

ForkJoinWorkerThread

ForkJoinWorkerThread是使用在ForkJoinPool的工作线程。

public class ForkJoinWorkerThread extends Thread

}

和一般的线程不一样的是它定义了两个变量：

final ForkJoinPool pool; // the pool this thread works in

final ForkJoinPool.WorkQueue workQueue; // work-stealing mechanics

一个是该worker thread所属的ForkJoinPool。 另外一个是支持 work-stealing机制的Queue。

再看一下它的run方法：

public void run() {

if (workQueue.array == null) { // only run once

Throwable exception = null;

try {

onStart();

pool.runWorker(workQueue);

} catch (Throwable ex) {

exception = ex;

} finally {

try {

onTermination(exception);

} catch (Throwable ex) {

if (exception == null)

exception = ex;

} finally {

pool.deregisterWorker(this, exception);

}

}

}

}

简单点讲就是从Queue中取出任务执行。

ForkJoinTask

ForkJoinTask是ForkJoinPool中运行的任务类型。通常我们会用到它的两个子类：RecursiveAction和RecursiveTask。

他们都定义了一个需要实现的compute（）方法用来实现具体的业务逻辑。不同的是RecursiveAction只是用来执行任务，而RecursiveTask可以有返回值。

既然两个类都带了Recursive，那么具体的实现逻辑也会跟递归有关，我们举个使用RecursiveAction来打印字符串的例子：

public class CustomRecursiveAction extends RecursiveAction {

private String workload = "";

private static final int THRESHOLD = 4;

private static Logger logger =

Logger.getAnonymousLogger();

public CustomRecursiveAction(String workload) {

this.workload = workload;

}

@Override

protected void compute() {

if (workload.length() > THRESHOLD) {

ForkJoinTask.invokeAll(createSubtasks());

} else {

processing(workload);

}

}

private List createSubtasks() {

List subtasks = new ArrayList<>();

String partOne = workload.substring(0, workload.length() / 2);

String partTwo = workload.substring(workload.length() / 2, workload.length());

subtasks.add(new CustomRecursiveAction(partOne));

subtasks.add(new CustomRecursiveAction(partTwo));

return subtasks;

}

private void processing(String work) {

String result = work.toUpperCase();

logger.info("This result - (" + result + ") - was processed by "

+ Thread.currentThread().getName());

}

}

上面的例子使用了二分法来打印字符串。

我们再看一个RecursiveTask的例子：

public class CustomRecursiveTask extends RecursiveTask {

private int[] arr;

private static final int THRESHOLD = 20;

public CustomRecursiveTask(int[] arr) {

this.arr = arr;

}

@Override

protected Integer compute() {

if (arr.length > THRESHOLD) {

return ForkJoinTask.invokeAll(createSubtasksPwgfkAe())

.stream()

.mapToInt(ForkJoinTask::join)

.sum();

} else {

return processing(arr);

}

}

private Collection createSubtasks() {

List dividedTasks = new ArrayList<>();

dividedTasks.add(new CustomRecursiveTask(

Arrays.copyOfRange(arr, 0, arr.length / 2)));

dividedTasks.add(new CustomRecursiveTask(

Arrays.copyOfRange(arr, arr.length / 2, arr.length)));

return dividedTasks;

}

private Integer processing(int[] arr) {

return Arrays.stream(arr)

.filter(a -> a > 10 && a < 27)

.map(a -> a * 10)

.sum();

}

}

和上面的例子很像，不过这里我们需要有返回值。

在ForkJoinPool中提交Task

有了上面的两个任务，我们就可以在ForkJoinPool中提交了：

int[] intArray= {12,12,13,14,15};

CustomRecursiveTask customRecursiveTask= new CustomRecursiveTask(intArray);

int result = forkJoinPool.invoke(customRecursiveTask);

System.out.println(result);

上面的例子中，我们使用invoke来提交，invoke将会等待任务的执行结果。

如果不使用invoke，我们也可以将其替换成fork（）和join（）：

customRecursiveTask.fork();

int result2= customRecursiveTask.join();

System.out.println(result2);

fork() 是将任务提交给pool，但是并不触发执行， join()将会真正的执行并且得到返回结果。

本文的例子可以参考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/forkjoin

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