J.U.C之Fork/Join并行计算框架详解

ForkJoin实现分而治之

• 对于简单的并行任务可以通过"线程池+Future"方案来解决。
• 如果任务额之间有聚合关系(AND聚合或者OR聚合)用CompletableFuture解决。
• 批量的并行任务用CompletionService解决。

并发编程可以分为三个层面的问题： 分工，协作，互斥。

ForkJoin有什么用

Fork/Join是一个并行计算的框架，与MapReduce的设计思想非常相似, 主要就是用来支持分治任务模型的，这个计算框架里的Fork对应的是分治任务模型里的任务分解，Join对应的是结果合并。

Fork/Join的使用

Fork/Join计算框架主要包含两部分，一部分是分治任务的线程池ForkJoinPool，另一部分是分治任务ForkJoinTask。这两部分的关系类似ThreadPoolExecutor和 Runnable的关系，都可以理解为提交任务到线程池，只不过分治任务有自己独特类型ForkJoinTask。
ForkJoinTask

ForkJoinTask是一个抽象类最核心的是fork()方法和join()方法,fork()会异步地执行一个子任务,join()会阻塞当前线程来等待子任务的执行结果。

ForkJoinTask有两个子类:

RecursiveAction：用递归的方式来处理分治任务，compute()方法没有返回值。
RecursiveTask：用递归的方式来处理分治任务，compute()方法有返回值。

代码示例:

示例 计算0加到100

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

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

@Slf4j
public class ForkJoinTaskExample extends RecursiveTask<Integer> {

    public static final int threshold = 2;
    private int start;
    private int end;

    public ForkJoinTaskExample(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;
            ForkJoinTaskExample leftTask = new ForkJoinTaskExample(start, middle);
            ForkJoinTaskExample rightTask = new ForkJoinTaskExample(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
        ForkJoinTaskExample task = new ForkJoinTaskExample(1, 100);

        //执行一个任务
        Future<Integer> result = forkjoinPool.submit(task);

        try {
            log.info("result:{}", result.get());
        } catch (Exception e) {
            log.error("exception", e);
        }
    }
}

ForkJoinPool与ForkJoinTask关系类似ThreadPoolExecutor和Runnable的关系。
ForkJoinPool有窃取队列的性质，空闲队列会窃取忙队列的任务