J.U.C -ForkJoin 框架

ForkJoin 框架 是 jdk7 提供的一个用于执行并行任务的框架

简介

ForkJoin 是一个执行并行任务的框架 , 它是把一个大任务 分割成若干个 小任务 , 再将若干个小任务的计算结果汇总起来, 得到大任务的计算结果 . ForkJoin 采用的是 工作窃取算法 , 工作窃取算法是指某个线程从其他队列中窃取任务进行执行的过程, 其运行流程如图

工作窃取算法运行流程

对于常见的一个大型任务，我们可以把这个大的任务切割成很多个小任务，然后这些小任务会放在不同的队列中，每一个队列都有一个相应的的工作执行线程来执行，当一个线程所需要执行的队列中，任务执行完之后，这个线程就会被闲置，为了提高线程的利用率，这些空闲的线程可以从其他的任务队列中窃取一些任务，来避免使自身资源浪费. 看上面的图示 , 线程1 和线程2 会访问同一个队列, 为了减少窃取线程和被窃取线程之间的竞争 ,通常我们会使用双端队列, 被窃取任务的队列,永远从队列的头部获取任务 , 窃取任务的队列, 永远从双端队列的尾部获取任务.

优缺点

• 优点
  充分利用线程进行并行计算 ,并减少了线程间的竞争
• 缺点
  在某些情况下, 也会有竞争 , 比如双端队列里只有一个任务, 同时还消耗了很多的系统资源 , 比如创建了多个线程, 多个双端队列 .

ForkJoin 局限性

• 任务只能通过 Fork和Join
  对于ForkJoin而言 , 当一个任务正在等待它使用 join创建的子任务结束时 ,执行这个任务的工作线程 , 查找其他未被执行的任务 , 并开始执行. 通过这种方式 , 线程重复利用他们的时间,来提高应用程序的性能, 但是也因此, ForkJoin执行的任务有一些局限性 ,任务只能通过 Fork和Join 这两个同步机制,如同用其他同步机制, 那么工作线程在工作时, 就不能执行其他任务了 .
• ForkJoin拆分的子任务不应该去执行 IO操作(读写数据文件)
• 任务不能抛出检查异常

ForkJoin 核心

其核心是两个类, 前者负责实现,包括上面说到的工作窃取算法 ,它管理工作线程,提供关于任务的状态以及它们的执行信息 , 后者负责ForkJoinTask 主要负责在任务提供 fork和join 的机制

代码示例

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
/**
 * Created by Charles
 * RecursiveTask 字面意思就是递归任务 把大的任务拆分成小任务
 *
 */
@Slf4j
public class ForkJoinTaskExample extends RecursiveTask {

    public static final int threshold = 2;
    private int start;
    private int end;

    public ForkJoinTaskExample(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        int sum = 0;

        //如果任务足够小就计算任务
        boolean canCompute = (end - start) <= threshold;
        if (canCompute) {
            for (int i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
        } else {
            // 如果任务大于阈值，就分裂成两个子任务计算
            int middle = (start + end) / 2;
            ForkJoinTaskExample leftTask = new ForkJoinTaskExample(start, middle);
            ForkJoinTaskExample rightTask = new ForkJoinTaskExample(middle + 1, end);

            // 执行子任务
            leftTask.fork();
            rightTask.fork();

            // 等待任务执行结束合并其结果
            int leftResult = leftTask.join();
            int rightResult = rightTask.join();

            // 合并子任务
            sum = leftResult + rightResult;
        }
        return sum;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkjoinPool = new ForkJoinPool();

        //生成一个计算任务，计算1+2+3+4
        ForkJoinTaskExample task = new ForkJoinTaskExample(1, 100);

        //执行一个任务
        Future result = forkjoinPool.submit(task);

        try {
            log.info("result:{}", result.get());
        } catch (Exception e) {
            log.error("exception", e);
        }
    }
}