JUC基础-11-Fork/Join
本文最后更新于 2023-09-19，文章内容可能已经过时。
11 Fork/Join
11.1 Fork/Join 框架简介
Fork/Join 它可以将一个大的任务拆分成多个子任务进行并行处理，最后将子任务结果合并成最后的计算结果，并进行输出。Fork/Join 框架要完成两件事情：
Fork：把一个复杂任务进行分拆，大事化小
Join：把分拆任务的结果进行合并
-
任务分割：首先 Fork/Join 框架需要把大的任务分割成足够小的子任务，如果子任务比较大的话还要对子任务进行继续分割
-
执行任务并合并结果：分割的子任务分别放到双端队列里，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放在另外一个队列里，启动一个线程从队列里取数据，然后合并这些数据。在
Java的Fork/Join框架中，使用两个类完成上述操作
ForkJoinTask:我们要使用 Fork/Join 框架，首先需要创建一个 ForkJoin 任务。该类提供了在任务中执行 fork 和 join 的机制。通常情况下我们不需要直接集成 ForkJoinTask 类，只需要继承它的子类，Fork/Join 框架提供了两个子类：
a.RecursiveAction：用于没有返回结果的任务
b.RecursiveTask:用于有返回结果的任务
-
ForkJoinPool:
ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行 -
RecursiveTask: 继承后可以实现递归(自己调自己)调用的任务
Fork/Join 框架的实现原理
ForkJoinPool 由 ForkJoinTask 数组和 ForkJoinWorkerThread 数组组成，ForkJoinTask 数组负责将存放以及将程序提交给 ForkJoinPool，而ForkJoinWorkerThread 负责执行这些任务。
11.2 Fork 方法
Fork 方法的实现原理： 当我们调用 ForkJoinTask 的 fork 方法时，程序会把任务放在 ForkJoinWorkerThread 的 pushTask 的 workQueue 中，异步地执行这个任务，然后立即返回结果
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;
}
pushTask 方法把当前任务存放在 ForkJoinTask 数组队列里。然后再调用 ForkJoinPool 的 signalWork() 方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务。代码如下：
final void push(ForkJoinTask<?> task) {
ForkJoinTask<?>[] a; ForkJoinPool p;
int b = base, s = top, n;
if ((a = array) != null) { // ignore if queue removed
int m = a.length - 1; // fenced write for task visibility
U.putOrderedObject(a, ((m & s) << ASHIFT) + ABASE, task);
U.putOrderedInt(this, QTOP, s + 1);
if ((n = s - b) <= 1) {
if ((p = pool) != null)
p.signalWork(p.workQueues, this);//执行
}
else if (n >= m) growArray();
}
}
11.3 join 方法
Join 方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。让我们一起看看ForkJoinTask 的 join 方法的实现，代码如下：
public final V join() {
int s;
if ((s = doJoin() & DONE_MASK) != NORMAL)
reportException(s);
return getRawResult();
}
它首先调用 doJoin 方法，通过 doJoin() 方法得到当前任务的状态来判断返回什么结果，任务状态有 4 种：
已完成（NORMAL）、被取消（CANCELLED）、信号（SIGNAL）和出现异常（EXCEPTIONAL）
-
如果任务状态是已完成，则直接返回任务结果。
-
如果任务状态是被取消，则直接抛出
CancellationException -
如果任务状态是抛出异常，则直接抛出对应的异常
让我们分析一下 doJoin 方法的实现
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;
}
在 doJoin() 方法流程如下:
-
首先通过查看任务的状态，看任务是否已经执行完成，如果执行完成，则直接返回任务状态；
-
如果没有执行完，则从任务数组里取出任务并执行。
-
如果任务顺利执行完成，则设置任务状态为
NORMAL，如果出现异常，则记录异常，并将任务状态设置为EXCEPTIONAL。
11.4 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。
11.5 入门案例
场景: 生成一个计算任务，计算 1+2+3…+1000, 每 100 个数切分一个子任务
class myTask extends RecursiveTask<Integer> {
private int VALUE = 10;
private int begin;
private int end;
private int result;
public myTask(int begin, int end) {
this.begin = begin;
this.end = end;
}
@Override
protected Integer compute() {
System.out.println("任务 : " + begin + " ========= " + end + " 累加开始");
if (end - begin + 1 <= VALUE) {
for (int i = begin; i <= end; i++) {
result += i;
}
} else {
int mid = begin + end >> 1;
// 划分为两个子任务
myTask myTask1 = new myTask(begin, mid);
myTask myTask2 = new myTask(mid + 1, end);
// 异步执行
myTask1.fork();
myTask2.fork();
// 同步阻塞获取执行结果
result = myTask1.compute() + myTask2.compute();
}
return result;
}
}
public class ForkJoinDemo {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
ForkJoinPool forkJoinPool = null;
try {
// 定义任务
myTask myTask = new myTask(1, 100);
// 定义执行对象
forkJoinPool = new ForkJoinPool();
// 加入任务执行
ForkJoinTask<Integer> result = forkJoinPool.submit(myTask);
// 输出结果
System.out.println(result.get());
} finally {
forkJoinPool.shutdown();
}
}
}
