Java并发编程与技术内幕：ForkJoin 框架初探 - 好文

一、ForkJoin介绍

ForkJoin是Java7提供的原生多线程并行处理框架，其基本思想是将大人物分割成小任务，最后将小任务聚合起来得到结果。它非常类似于HADOOP提供的MapReduce框架，只是MapReduce的任务可以针对集群内的所有计算节点，可以充分利用集群的能力完成计算任务。ForkJoin更加类似于单机版的MapReduce。

二、工作窃取

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。

一个大任务分割为若干个互不依赖的子任务，为了减少线程间的竞争，把这些子任务分别放到不同的队列里，并未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。比如线程1负责处理1队列里的任务，2线程负责2队列的。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待处理。干完活的线程与其等着，不如帮其他线程干活，于是它就去其他线程的队列里窃取一个任务来执行。而在这时它们可能会访问同一个队列，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，而窃取任务线程永远从双端队列的尾部拿任务执行。

三、使用介绍

Java提供了ForkJoinPool来支持将一个任务拆分成多个“小任务”并行计算，再把多个“小任务”的结果合成总的计算结果。

第一步分割任务。首先我们需要有一个fork类来把大任务分割成子任务，有可能子任务还是很大，所以还需要不停的分割，直到分割出的子任务足够小。

第二步执行任务并合并结果。分割的子任务分别放在双端队列里，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统一放在一个队列里，启动一个线程从队列里拿数据，然后合并这些数据。

Fork/Join使用两个类来完成以上两件事情：

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ForkJoinTask：我们要使用ForkJoin框架，必须首先创建一个ForkJoin任务。它提供在任务中执行fork()和join()操作的机制，通常情况下我们不需要直接继承ForkJoinTask类，而只需要继承它的子类，Fork/Join框架提供了以下两个子类：

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RecursiveAction：用于没有返回结果的任务。

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RecursiveTask ：用于有返回结果的任务。

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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。

实例1使用recursiveTask
public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> {
private static final long serialVersionUID = -3611254198265061729L;
public static final int threshold = 2; private int start; private int end;
public CountTask(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;
        CountTask leftTask = new CountTask(start, middle);
        CountTask rightTask = new CountTask(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
    CountTask task = new CountTask(1, 100);     //执行一个任务
    Future<Integer> result = forkjoinPool.submit(task);     try {
        System.out.println(result.get());     } catch (Exception e) {
        System.out.println(e);     } } }
实例2使用recursiveAction
public class ForkJoinPoolTest { /** * @param args * @throws Exception */
public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 创建包含Runtime.getRuntime().availableProcessors()返回值作为个数的并行线程的ForkJoinPool
    ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();     // 提交可分解的PrintTask任务
    forkJoinPool.submit(new PrintTask(0, 200));
    forkJoinPool.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);//阻塞当前线程直到 ForkJoinPool 中所有的任务都执行结束
    // 关闭线程池     forkJoinPool.shutdown(); } }
//RecursiveAction为ForkJoinTask的抽象子类，没有返回值的任务
class PrintTask extends RecursiveAction { // 每个"小任务"最多只打印50个数
private static final int MAX = 50; private int start; private int end;
PrintTask(int start, int end) {     this.start = start;     this.end = end; }
@Override protected void compute() {     // 当end-start的值小于MAX时候，开始打印
    if ((end - start) < MAX) {         for (int i = start; i < end; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " value i:"
                    + i);         }     } else {         // 将大任务分解成两个小任务
        int middle = (start + end) / 2;
        PrintTask left = new PrintTask(start, middle);
        PrintTask right = new PrintTask(middle, end);         // 并行执行两个小任务
        left.fork();         right.fork();     } } }

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