初步了解fork/join框架
fork/join 框架是java7中加入的一個并行任務框架，可以將任務分割成足夠小的小任務，然后讓不同的線程來做這些分割出來的小事情，然后完成之后再進行join，將小任務的結果組裝成大任務的結果。下面的圖片展示了這種框架的工作模型：
使用fork/join并行框架的前提是我們的任務可以拆分成足夠小的任務，而且可以根據小任務的結果來組裝出大任務的結果，一個最簡單的例子是使用fork/join框架來求一個數組中的最大/最小值，這個任務就可以拆成很多小任務，大任務就是尋找一個大數組中的最大/最小值，我們可以將一個大數組拆成很多小數組，然后分別求解每個小數組中的最大/最小值，然后根據這些任務的結果組裝出最后的最大最小值，下面的代碼展示了如何通過fork/join求解數組的最大值：
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import java.util.concurrent.executionexception;import java.util.concurrent.forkjoinpool;import java.util.concurrent.future;import java.util.concurrent.recursivetask;import java.util.concurrent.timeunit;import java.util.concurrent.timeoutexception;/*** created by hujian06 on 2017/9/28.** fork/join demo*/public class forkjoindemo { /** * how to find the max number in array by fork/join */ private static class maxnumber extends recursivetask<integer> { private int threshold = 2; private int[] array; // the data array private int index0 = 0; private int index1 = 0; public maxnumber(int[] array, int index0, int index1) { this.array = array; this.index0 = index0; this.index1 = index1; } @override protected integer compute() { int max = integer.min_value; if ((index1 - index0) <= threshold) { for (int i = index0;i <= index1; i ++) { max = math.max(max, array[i]); } } else { //fork/join int mid = index0 + (index1 - index0) / 2; maxnumber lmax = new maxnumber(array, index0, mid); maxnumber rmax = new maxnumber(array, mid + 1, index1); lmax.fork(); rmax.fork(); int lm = lmax.join(); int rm = rmax.join(); max = math.max(lm, rm); } return max; } } public static void main(string ... args) throws executionexception, interruptedexception, timeoutexception { forkjoinpool pool = new forkjoinpool(); int[] array = {100,400,200,90,80,300,600,10,20,-10,30,2000,1000}; maxnumber task = new maxnumber(array, 0, array.length - 1); future<integer> future = pool.submit(task); system.out.println("result:" + future.get(1, timeunit.seconds)); }} |
可以通過設置不同的閾值來拆分成小任務，閾值越小代表拆出來的小任務越多。
工作竊取算法
fork/join在實現上，大任務拆分出來的小任務會被分發到不同的隊列里面，每一個隊列都會用一個線程來消費，這是為了獲取任務時的多線程競爭，但是某些線程會提前消費完自己的隊列。而有些線程沒有及時消費完隊列，這個時候，完成了任務的線程就會去竊取那些沒有消費完成的線程的任務隊列，為了減少線程競爭，fork/join使用雙端隊列來存取小任務，分配給這個隊列的線程會一直從頭取得一個任務然后執行，而竊取線程總是從隊列的尾端拉取task。
frok/join框架的實現細節
在上面的示例代碼中，我們發現fork/join的任務是通過forkjoinpool來執行的，所以框架的一個核心是任務的fork和join，然后就是這個forkjoinpool。關于任務的fork和join，我們可以想象，而且也是由我們的代碼自己控制的，所以要分析fork/join，那么forkjoinpool最值得研究。
上面的圖片展示了forkjoinpool的類關系圖，可以看到本質上它就是一個executor。在forkjoinpool里面，有兩個特別重要的成員如下：
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volatile workqueue[] workqueues; final forkjoinworkerthreadfactory factory; |
workqueues 用于保存向forkjoinpool提交的任務，而具體的執行有forkjoinworkerthread執行，而forkjoinworkerthreadfactory可以用于生產出forkjoinworkerthread。可以看一些forkjoinworkerthread，可以發現每一個forkjoinworkerthread會有一個pool和一個workqueue，和我們上面描述的是一致的，每個線程都被分配了一個任務隊列，而執行這個任務隊列的線程由pool提供。
下面我們看一下當我們fork的時候發生了什么：
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public final forkjointask<v> fork() { thread t; if ((t = thread.currentthread()) instanceof forkjoinworkerthread) ((forkjoinworkerthread)t).workqueue.push(this); else forkjoinpool.common.externalpush(this); return this;} |
看上面的fork代碼，可以看到首先取到了當前線程，然后判斷是否是我們的forkjoinpool專用線程，如果是，則強制類型轉換（向下轉換）成forkjoinworkerthread，然后將任務push到這個線程負責的隊列里面去。如果當前線程不是forkjoinworkerthread類型的線程，那么就會走else之后的邏輯，大概的意思是首先嘗試將任務提交給當前線程，如果不成功，則使用例外的處理方法，關于底層實現較為復雜，和我們使用fork/join關系也不太大，如果希望搞明白具體原理，可以看源碼。
下面看一下join的流程：
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public final v join() { int s; if ((s = dojoin() & done_mask) != normal) reportexception(s); return getrawresult(); } private int dojoin() { int s; thread t; forkjoinworkerthread wt; forkjoinpool.workqueue w; return (s = status) < 0 ? s : ((t = thread.currentthread()) instanceof forkjoinworkerthread) ? (w = (wt = (forkjoinworkerthread)t).workqueue). tryunpush(this) && (s = doexec()) < 0 ? s : wt.pool.awaitjoin(w, this, 0l) : externalawaitdone(); } final int doexec() { int s; boolean completed; if ((s = status) >= 0) { try { completed = exec(); } catch (throwable rex) { return setexceptionalcompletion(rex); } if (completed) s = setcompletion(normal); } return s; } /** * implements execution conventions for recursivetask. */ protected final boolean exec() { result = compute(); return true; } |
上面展示了主要的調用鏈路，我們發現最后落到了我們在代碼里編寫的compute方法，也就是執行它，所以，我們需要知道的一點是，fork僅僅是分割任務，只有當我們執行join的時候，我們的額任務才會被執行。
如何使用fork/join并行框架
前文首先展示了一個求數組中最大值得例子，然后介紹了“工作竊取算法”，然后分析了fork/join框架的一些細節，下面才是我們最關心的，怎么使用fork/join框架呢？
為了使用fork/join框架，我們只需要繼承類recursivetask或者recursiveaction。前者適用于有返回值的場景，而后者適合于沒有返回值的場景。
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