ForkJoin框架详解

一、ForkJoin主要类

主要类有以下4个：

1、ForkJoinPool
2、ForkJoinTask
3、ForkJoinWorkerThread
4、ForkJoinPool.WorkQueue
功能如下：
ForkJoinPool：
1，用来执行Task，或生成新的ForkJoinWorkerThread
2，执行 ForkJoinWorkerThread 间的 work-stealing 逻辑。

ForkJoinTask：
1，执行具体的2叉分支逻辑
2，声明以同步/异步方式进行执行

ForkJoinWorkerThread：
1，是 ForkJoinPool 内的 worker thread，执行 ForkJoinTask。
2，内部有 ForkJoinPool.WorkQueue，来保存要执行的 ForkJoinTask。

ForkJoinPool.WorkQueue：
1，保存要执行的ForkJoinTask。

二、work-stealing

forkjoin 框架是有 work-steal 机制的，这个机制主要功能是：

1, 具体细节机制如下：

• 每个 worker thread 维护自己的 scheduling 队列中的“可运行的”task - 队列是一个双向队列（称作：deques），支持 LIFO 和 FIFO 操作。
• 在task 中生成的“子task”，会被放进生成它的 task 所在的 worker thread 的 双向队列。
• worker thread 处理双向队列中的 task 时，使用的是 LIFO 规则（最后进来的，最先被处理）
• 当worker thread 的队列时没有任务可执行时，它会随机地偷取别的 worker thread 的 work queue 里的 task，然后执行它。在偷取时，使用的是 FIFO 规则，即偷取别人队列里“最先进入”队列的 task。
• 当 worker thread 执行时，遇到了一个join操作（例如：newTask.join），它会暂停当前的 task
  的处理，而来处理这个join操作所要执行的任务内容。直到这个join操作的任务执行完后，才会返回刚才暂停任务，继续执行被暂停任务的其它内容。所有 task 都会在不进行“阻塞”情况下完成。
  （这里的“阻塞”的意思，个人理解为不是IO操作的那种阻塞，而是在任务调试时，没有具体的“阻塞”处理（例如：ArrayBlockingQueue的那种阻塞），或是没有用“阻塞的方式”进行任务调度）

之前以为每次调用 fork 方法，都会生成一个线程，看了源码和进行Debug后才知道：根据构造函数中的parallelism值来，决定是否启动新线程。 
在 fork 方法中，((ForkJoinWorkerThread)t).workQueue.push(this)这语句会把任务加到“当前线程的workQueue”里，进行排队。然后调用signalWork方法，来看是否还可以启动新线程来处理“未分配任务”。如果可以，就启动新线程处理任务。

• 当 worker thread 没有要执行的 task 或者偷取任务失败时，就会进行暂时等待处理（通过yield，sleep，或者调整优先度等方式），过一段时间再重试看看有没有任务可以执行。如果所有的 worker thread 都处于闲置状态，
  等待上层的发送 task 过来的话，就不会进行重试（看是否有任务可以执行）。

“空闲的” worker thread 从其它 worker thread 的 workQueue 里取得“未执行”的 task 然后执行。

2, work-stealing的“LIFO和FIFO”处理方式有两点好处：

1，减少了取 task 时的竞争。worker thread 在执行自己队列任务时，是使用从尾部取。别人从它的队列里偷取任务时，是从队列头部取。所以减少了取时的竞争。

2，被偷取的任务，一般都是最早入队列的任务。这种任务一般来说，都是非常大的任务，是那种需要进行递归分析的的大任务，而不是那种分解完的小任务。所以，减少了任务偷取的次数。
（注意：在实现上，worker thread 在执行自己队列任务时，不总是 LIFO 方式，可以通过构造函数修改成 FIFO 方式）

三、关于双向队列：

双向队列在实现方面的主要挑战是“同步”和“its avoidance（不知道怎么翻译）”。即使JVM优化了同步功能，每次 push 和 pop 时都要获取锁的这种操作，也会变成瓶颈。但是，一些策略的改变，提供了一种解决方案：

push 和 pop 操作，只针对本线程内的队列。
“偷取”操作可以很方便地通过一个“偷取锁”，来进行限制（双向锁在情况需要时，也可以使“偷取”操作失效）。因此，在队列两端的同步问题上的控制操作，就会减少。
当双向队列要变成空时，可以对pop 或“偷取”操作进行控制。不然，这两个操作要被担保，可以操作disjoint elements of the array

四、demo

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

public class Demo extends RecursiveTask {

    private int begin;
    private int end;

    public Demo(int begin, int end) {
        this.begin = begin;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ... ");

        int sum = 0;
        // 拆分任务
        if (end - begin <= 2) {
            // 计算
            for (int i = begin; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
        } else {
            // 拆分

            Demo d1 = new Demo(begin, (begin + end) / 2);
            Demo d2 = new Demo((begin + end)/2 + 1, end);

            // 执行任务
            d1.fork();
            d2.fork();

            Integer a = d1.join();
            Integer b = d2.join();

            sum = a + b;
        }

        return sum;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();

        Future future = pool.submit(new Demo(1, 1000000000));

        System.out.println("....");

        System.out.println("计算的值为：" + future.get());
    }

}

出处：https://blog.csdn.net/hotdust/article/details/71637047