ForkJoin框架之使用RecursiveTask将大任务分解成小任务

一、ForkJoin框架介绍
Fork/Join框架是Java 7提供的一个用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。这种开发方法也叫做分治编程，可以极大地利用CPU资源，提高任务执行的效率。

Fork/Join框架要完成两件事情：
①、任务分割：首先Fork/Join框架需要把大的任务分割成足够小的子任务，如果子任务比较大的话还要对子任务进行继续分割
②、执行任务并合并结果：分割的子任务分别放到双端队列里，然后几个启动线程分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都放在另外一个队列里，启动一个线程从队列里取数据，然后合并这些数据。

二、ForkJoin分治管理图解

三、在Java的Fork/Join框架中，使用两个类完成上述操作

①、ForkJoinTask:我们要使用Fork/Join框架，首先需要创建一个ForkJoin任务。

该类提供了在任务中执行fork和join的机制。通常情况下我们不需要直接集成ForkJoinTask类，只需要继承它的子类，Fork/Join框架提供了两个子类：

a.RecursiveAction：用于没有返回结果的任务
b.RecursiveTask:用于有返回结果的任务

②、ForkJoinPool:ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行

任务分割出的子任务会添加到当前工作线程所维护的双端队列中，进入队列的头部。当一个工作线程的队列里暂时没有任务时，它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务(工作窃取算法)

四、工作窃取算法

1、工作窃取（work-stealing）算法是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行。
2、工作窃取的运行流程图如下：

3、那么为什么需要使用工作窃取算法呢？

假如我们需要做一个比较大的任务，我们可以把这个任务分割为若干互不依赖的子任务，为了减少线程间的竞争，于是把这些子任务分别放到不同的队列里，并为每个队列创建一个单独的线程来执行队列里的任务，线程和队列一一对应，比如A线程负责处理A队列里的任务。但是有的线程会先把自己队列里的任务干完，而其他线程对应的队列里还有任务等待处理。干完活的线程与其等着，不如去帮其他线程干活，于是它就去其他线程的队列里窃取一个任务来执行。而在这时它们会访问同一个队列，所以为了减少窃取任务线程和被窃取任务线程之间的竞争，通常会使用双端队列，被窃取任务线程永远从双端队列的头部拿任务执行，而窃取任务的线程永远从双端队列的尾部拿任务执行。

4、工作窃取算法的优势

工作窃取算法的优点是充分利用线程进行并行计算，并减少了线程间的竞争，其缺点是在某些情况下还是存在竞争，比如双端队列里只有一个任务时。并且消耗了更多的系统资源，比如创建多个线程和多个双端队列。

五、RecursiveTask应用实例
Fork/Join 框架提供了其他 ForkJoinTask 子类：带有返回值的 RecursiveTask。从 RecursiveTask 继承的子类需要重载 protected void compute() 方法。它可使用泛型指定一个返回值的类型。
（这篇文章只介绍RecursiveTask）

示例：利用RecursiveTask实现从1-50的求和

①、RecursiveTaskTest 类

package chapter3.forkjoin.recursivetask;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;

/**
 * @author czd
 */
public class RecursiveTaskTest {
    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        //计算0-50的总和
       ForkJoinTask futur = pool.submit(new CalculatedRecursiveTask(0,50));
        try {
            Integer result = futur.get();
            System.out.println("0-50的总和：" + result);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

②、CalculatedRecursiveTask 类：继承了RecursiveTask

package chapter3.forkjoin.recursivetask;

import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/**
 * @author czd
 */
public class CalculatedRecursiveTask extends RecursiveTask {

    private  Integer start;
    private  Integer end;
    private Integer Max = 10;

    public CalculatedRecursiveTask(Integer start , Integer end ) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if(end - start <= Max){
            Integer sum = 0;
            for(Integer i = start; i <= end; i++){
                sum += i;
            }
            return sum;
        }else{
            Integer middle = (start + end)/2;
            CalculatedRecursiveTask leftTask = new CalculatedRecursiveTask(start , middle);
            CalculatedRecursiveTask rightTask = new CalculatedRecursiveTask(middle+1 , end);

            //fork()是执行，join()是返回结果
            leftTask.fork();
            rightTask.fork();
            return leftTask.join() + rightTask.join();
        }

    }
}

输出结果