Fork/Join框架

什么是Fork/Join框架

Fork/Join框架是Java7提供了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。

  • Fork就是把一个大任务切分为若干子任务并行的执行。
  • Join就是合并这些子任务的执行结果，最后得到这个大任务的结果。

工作窃取算法

就是把一个大任务分成若干小任务，放到若干队列，一个队列对应一个线程。有的线程先把一个队列中的任务执行完了，那么这个线程从另一个队列中取任务来执行。

两个线程从一个队列中取任务来执行，那么存在竞争关系，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。

Fork/Join框架的介绍

  • 分割任务：一个fork类来把大任务分割成子任务，可能子任务还比较大，所以需要不同分割，直到分割的任务足够小。
  • 合并结果：子任务执行的结果都放在一个队列中，启动一个线程从队列里拿数据然后合并数据。

怎么实现：

  • 首先创建ForkJoin任务。不需要直接继承ForkJoinTask类，只需要继承它的子类。
    • RecursiveAction：用于没有返回结果的任务
    • RecursiveTask：用于有返回结果的任务
  • 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，会随机从其他工作线程的队列尾部获取一个任务。

使用Fork/Join框架

/**
 * ClassName: CountTask 
 * @Description: 计算1+2+3+4+5的结果。
 * @author Panyk
 * @date 2016年8月9日
 */
package com.forkjoin;

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> {
    private static final int THRESHOLD = 2;//阈值
    private int start;
    private int end;
    
    public CountTask(int start, int end) {
        super();
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        int sum = 0;
        //如果任务足够小，那么执行计算任务
        boolean canCompute = (end-start)<THRESHOLD;
        if(canCompute){
            System.out.println(start + "--" + end);
            for(int i=start; i<=end; i++){
                sum+=i;
            }
        }else{
            //如果任务大于阈值，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();
            //等待子任务执行完，得到结果
            int leftRes = leftTask.join();
            int rightRes = rightTask.join();
            //合并子任务
            sum = leftRes + rightRes;
        }
        return sum;
    }
    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        //生成一个计算任务，计算1加到4
        CountTask task = new CountTask(1,5);
        //执行一个任务
        Future<Integer> result = forkJoinPool.submit(task);
        if(task.isCompletedAbnormally()) {//是否有异常
            System.out.println(task.getException());
        }
        try{
            System.out.println(result.get());
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Fork/Join框架的异常处理

ForkJoinTask在执行的时候可能会抛出异常，但是我们没办法在主线程里直接捕获异常，所以ForkJoinTask提供了isCompletedAbnormally()方法来检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了，并且可以通过ForkJoinTask的getException方法获取异常。

getException方法返回Throwable对象，如果任务被取消了则返回CancellationException。如果任务没有完成或者没有抛出异常则返回null。

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