Java 并发 - Fork-Join 框架

Fork-Join 框架允许将某个任务分解成多个工作线程，然后等待结果并将它们组合起来。它在很大程度上利用了多处理器机器的能力。以下是 Fork-Join 框架中使用的核心概念和对象。

Fork（分叉）

Fork 是一个过程，其中一个任务将自身拆分为更小且独立的子任务，这些子任务可以并发执行。

语法

Sum left  = new Sum(array, low, mid);
left.fork();

这里 Sum 是 RecursiveTask 的一个子类，left.fork() 将任务拆分为子任务。

Join（合并）

Join 是一个过程，其中一个任务在子任务完成执行后合并所有子任务的结果，否则它将一直等待。

语法

left.join();

这里 left 是 Sum 类的对象。

ForkJoinPool

它是一个专门为处理 Fork-Join 任务拆分而设计的线程池。

语法

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);

这里创建一个新的 ForkJoinPool，其并行级别为 4 个 CPU。

RecursiveAction

RecursiveAction 表示一个不返回值的任务。

语法

class Writer extends RecursiveAction {
   @Override
   protected void compute() { }
}

RecursiveTask

RecursiveTask 表示一个返回值的任务。

语法

class Sum extends RecursiveTask<Long> {
   @Override
   protected Long compute() { return null; }
}

示例

以下 TestThread 程序展示了在基于线程的环境中使用 Fork-Join 框架。

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

public class TestThread {

   public static void main(final String[] arguments) throws InterruptedException, 
      ExecutionException {
      
      int nThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
      System.out.println(nThreads);
      
      int[] numbers = new int[1000]; 

      for(int i = 0; i < numbers.length; i++) {
         numbers[i] = i;
      }

      ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(nThreads);
      Long result = forkJoinPool.invoke(new Sum(numbers,0,numbers.length));
      System.out.println(result);
   }  

   static class Sum extends RecursiveTask<Long> {
      int low;
      int high;
      int[] array;

      Sum(int[] array, int low, int high) {
         this.array = array;
         this.low   = low;
         this.high  = high;
      }

      protected Long compute() {
         
         if(high - low <= 10) {
            long sum = 0;
            
            for(int i = low; i < high; ++i) 
               sum += array[i];
               return sum;
         } else {	    	
            int mid = low + (high - low) / 2;
            Sum left  = new Sum(array, low, mid);
            Sum right = new Sum(array, mid, high);
            left.fork();
            long rightResult = right.compute();
            long leftResult  = left.join();
            return leftResult + rightResult;
         }
      }
   }
}

这将产生以下结果。

输出

32
499500