Fork/Join 框架 JUC

（一）Fork/Join框架解释

　　Fork/Join是java7提供的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

　　运行流程图，如下所示

　　

 

（二）工作窃取算法

 　　工作窃取算法： 指某个线程从其他队列里窃取任务来执行。

　　 例如需要做一个比较大的任务，可以把这个任务分割为若干互不依赖的子任务，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，

　　并为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。

 

　　当一个线程完成自己队列的任务后，其他线程还没有完成，于是去其他队列里窃取一个任务来执行。

　　此时他们会同时访问同一个队列，为了减少竞争，通常会使用双端队列

　　被窃取任务的线程，从头部拿任务执行

　　窃取任务的线程，从尾部拿任务执行

 

　　优点：充分利用线程进行并行计算，减少了线程间的竞争

　　缺点：当队列里只剩一个任务时，还是会出现竞争，并且该算法消耗了很多的资源，比如创建了多个线程和多个双端队列

　　双端队列： 是一种具有队列和栈的性质的数据结构。双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行。

（三）Fork/Join框架设计

•  分割任务

　　　 将一个大任务，分割成小任务

•  执行任务并合并结果

　　　 分割的子任务分别放在几个双端队列里，然后对应启动几个线程分别从双端队列里取任务执行fork() 和 join() 操作的机制

　　      ForkJoinTask： 不直接用这个，用他的子类

　　　　　　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，它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务。

（四）使用Fork/Join框架

 　　计算1+2+3+4

package com.example.forkjoin;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/**
 * @author zhangchaocai
 * @create 2020-07-05 13:56
 */
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){
        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();

            //等待子任务执行完，并得到其结果
            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，负责计算1+2+3+4
        CountTask task = new CountTask(1, 4);

        //执行一个任务
        ForkJoinTask<Integer> result = forkJoinPool.submit(task);
        
        
        //检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了
        //ForkJoinTask在执行的时候可能会抛出异常  但是没办法在主线程里直接捕获异常
        //ForkJoinTash提供了getException()
        boolean normally = result.isCompletedAbnormally();
        
        try {
            System.out.println(result.get());
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }catch (ExecutionException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 

 

 （五）Fork/Join  实现原理　

　ForkJoinPool 由 ForkJoinTask数组和ForkJoinWorkerThread数组组成

　ForkJoinTask数组 ： 存放程序提交给ForkJoinPool的任务

　ForkJoinWorkerThread数组 ： 负责执行这些任务
　

• 　ForkJoinTask的fork 方法

　　　　

 

•  ForkJoinTask的join 方法

　    　

 

 　　   join里调用了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)

　　    出现异常(EXCEPTIONAL)

　　　 如果任务是已完成，则直接返回任务结果。

　　    如果任务状态是被取消，则直接抛出CancelationException

　　    如果任务状态是抛出异常，则直接抛出对应的异常

　　   

 

 

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　　　　天天打雷下雨，天气倒是很凉快