JAVA并发-Fork/Join使用ForkJoinPool

Java 7中新加了ForkJoinPool，ForkJoinPool 和ExecutorService 非常相似，但是有一点不同，ForkJoinPool使任务能够很容易地将它们的工作拆分成更小的任务，然后再提交给ForkJoinPool。任务可以继续将其工作拆分为更小的子任务，只要它能够拆分任务，这听起来有点抽象，下面会解释ForkJoinPool 怎么工作，以及怎么拆分任务。

 

Fork/Join解释

在了解 ForkJoinPool直接，我想先解释一下fork/join得工作原理。Fork/join原理包括两个步骤，这两个步骤是递归执行的，两个步骤分别是Fork和Join.

Fork

一个任务使用Fork/ join原则可以把自己分叉（分离）成更小的可以并发执行的子任务，下面图说明了:

 

通过把自己分成多个子任务，每个子任务可以通过不同的CPU并发执行, 或者是同一个CPU中的不同线程。一个任务只会将自己拆分为子任务，前提是该任务的工作量足够大，这样做是有意义的。将任务拆分为子任务有一个开销，因此对于少量的工作，这个开销可能大于并发执行子任务所获得的加速。将任务分成子任务有意义的时间限制也称为阈值，由每个任务来决定一个合理的阈值，这在很大程度上取决于所做的工作。

Join

当一个任务分成多个子任务，这个任务直到他的所有子任务完成才会完成，一旦所有子任务完成，就要合并所有子任务的结果,下图解释这一点：

 

当然，并不是所有的任务都会返回结果，如果没有返回结果，只需要等待子任务全部完成。

ForkJoinPool

ForkJoinPool是一个专门设计用于Fork/join的线程池. ForkJoinPool在

java.util.concurrent 包中, 全名 java.util.concurrent.ForkJoinPool.

创建ForkJoinPool

用构造函创建 ForkJoinPool，作为ForkJoinPool构造函数的参数，可以传递所需的指定并行级别，并行级别指示在传递给ForkJoinPool的任务上要同时处理多少线程或cpu。下面是创建 ForkJoinPool的例子:

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);

这个例子创建了一个并行级别为4的ForkJoinPool 。

提交任务到ForkJoinPool

提交任务到ForkJoinPool类似于提交任务到 ExecutorService. 可以提交两种类型的任务，一种是返回任何结果 (an "action"),另一种是返回结果(a "task"). 这两种类型的代表分别是RecursiveAction和RecursiveTask。下面会讲述如何使用和提交这两种类型。

RecursiveAction

RecursiveAction是不返回任何结果的任务，他只负责做工作，例如写数据到磁盘，然后退出。RecursiveAction仍然需要将任务分成更小的分支通过不同的线程或者任务并发执行 。通过子类继承 RecursiveAction，下面是例子:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.RecursiveAction;

public class MyRecursiveAction extends RecursiveAction {

    private long workLoad = 0;

    public MyRecursiveAction(long workLoad) {
        this.workLoad = workLoad;
    }

    @Override
    protected void compute() {

        //if work is above threshold, break tasks up into smaller tasks
        if(this.workLoad > 16) {
            System.out.println("Splitting workLoad : " + this.workLoad);

            List subtasks =
                new ArrayList();

            subtasks.addAll(createSubtasks());

            for(RecursiveAction subtask : subtasks){
                subtask.fork();
            }

        } else {
            System.out.println("Doing workLoad myself: " + this.workLoad);
        }
    }

    private List createSubtasks() {
        List subtasks =
            new ArrayList();

        MyRecursiveAction subtask1 = new MyRecursiveAction(this.workLoad / 2);
        MyRecursiveAction subtask2 = new MyRecursiveAction(this.workLoad / 2);

        subtasks.add(subtask1);
        subtasks.add(subtask2);

        return subtasks;
    }

}

 

这例子非常简单，MyRecursiveAction只是将一个虚拟的workLoad 作为其构造函数的参数，如果工作负载高于某个阈值，则将工作拆分为子任务，这些子任务也被计划执行（通过子任务的.fork（）方法）。如果工作负载低于某个阈值，则该工作由MyRecursiveAction本身执行。

您可以计划MyRecursiveAction执行，如下所示：

MyRecursiveAction myRecursiveAction = new MyRecursiveAction(24);

forkJoinPool.invoke(myRecursiveAction);

 

RecursiveTask

 RecursiveTask是一类返回结果的任务，可以将任务分割成更小的任务，同时可以把这些结果合并成集合，分裂和合并可能发生在几个层面，下面是例子:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
    
    
public class MyRecursiveTask extends RecursiveTask {

    private long workLoad = 0;

    public MyRecursiveTask(long workLoad) {
        this.workLoad = workLoad;
    }

    protected Long compute() {

        //if work is above threshold, break tasks up into smaller tasks
        if(this.workLoad > 16) {
            System.out.println("Splitting workLoad : " + this.workLoad);

            List subtasks =
                new ArrayList();
            subtasks.addAll(createSubtasks());

            for(MyRecursiveTask subtask : subtasks){
                subtask.fork();
            }

            long result = 0;
            for(MyRecursiveTask subtask : subtasks) {
                result += subtask.join();
            }
            return result;

        } else {
            System.out.println("Doing workLoad myself: " + this.workLoad);
            return workLoad * 3;
        }
    }

    private List createSubtasks() {
        List subtasks =
        new ArrayList();

        MyRecursiveTask subtask1 = new MyRecursiveTask(this.workLoad / 2);
        MyRecursiveTask subtask2 = new MyRecursiveTask(this.workLoad / 2);


        subtasks.add(subtask1);
        subtasks.add(subtask2);

        return subtasks;
    }
}

 

这个例子和 RecursiveAction 非常相似，除了返回结果。 MyRecursiveTask继承了 RecursiveTask 意思这个任务的返回结果是Long.

MyRecursiveTask例子同样将任务分解成子任务, 使用fork（）方法计划执行这些子任务。另外，这个例子通过每个子任务调用join()方法来接受返回结果，子任务的结果合并成大的任务结果返回， 这种子任务结果的连接/合并可能在多个递归级别上递归发生。

可以像这样调度递归任务:

MyRecursiveTask myRecursiveTask = new MyRecursiveTask(128);

long mergedResult = forkJoinPool.invoke(myRecursiveTask);

System.out.println("mergedResult = " + mergedResult);    

 

注意怎么从最后的通知里出来的ForkJoinPool.invoke（）方法调用

参考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-forkjoin/index.html

          https://blog.csdn.net/cgsyck/article/details/107692471

          http://tutorials.jenkov.com/java-util-concurrent/java-fork-and-join-forkjoinpool.html

          http://coopsoft.com/ar/CalamityArticle.html