Java7提供的Fork/Join框架实现高并发程序，你会使用吗？

摘要：Fork/Join框架位于J.U.C(java.util.concurrent)中                ，是Java7中提供的用于执行并行任务的框架
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 ，其可以将大任务分割成若干个小任务















，最终汇总每个小任务的结果后得到最终结果                。

本文分享自华为云社区《如何使用Java7提供的Fork/Join框架实现高并发程序？》 
  
  
  
  
  
  
  
 ，作者：冰 河
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 。

Fork/Join框架位于J.U.C(java.util.concurrent)中
  
  
  
  
  
  
  
  ，是Java7中提供的用于执行并行任务的框架
 


 


 


 


 


 


 


 

，其可以将大任务分割成若干个小任务 
 
 
 
 
 
 
 
，最终汇总每个小任务的结果后得到最终结果















。基本思想和Hadoop的MapReduce思想类似 
  
  
  
  
  
  
  
 。

主要采用的是工作窃取算法（某个线程从其他队列里窃取任务来执行）
   
   
   
   
   
   
   
   ，并行分治计算中的一种Work-stealing策略

为什么需要使用工作窃取算法呢？

假如我们需要做一个比较大的任务
 

 

 

 

 

 

 

 
，我们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                ，于是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                        ，比如A线程负责处理A队列里的任务
  
  
  
  
  
  
  
  。但是有的线程会先把自己队列里的任务干完
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，而其他线程对应的队列里还有任务等待处理
 


 


 


 


 


 


 


 

。干完活的线程与其等着























，不如去帮其他线程干活                ，于是它就去其他线程的队列里窃取一个任务来执行 
 
 
 
 
 
 
 
。而在这时它们会访问同一个队列
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 ，所以为了减少窃取任务线程和被窃取任务线程之间的竞争















，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
   
   
   
   
   
   
   
   。

工作窃取算法的优点

充分利用线程进行并行计算
 


 


 


 


 


 


 


 

，并减少了线程间的竞争

工作窃取算法的缺点

在某些情况下还是存在竞争 
 
 
 
 
 
 
 
，比如双端队列里只有一个任务时
 

 

 

 

 

 

 

 
。并且该算法会消耗更多的系统资源
   
   
   
   
   
   
   
   ，比如创建多个线程和多个双端队列 

 

 

 

 

 

 

 

。

Fork/Join框架局限性

对于Fork/Join框架而言
 

 

 

 

 

 

 

 
，当一个任务正在等待它使用Join操作创建的子任务结束时 

 

 

 

 

 

 

 

，执行这个任务的工作线程查找其他未被执行的任务                ，并开始执行这些未被执行的任务

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 ，通过这种方式















，线程充分利用它们的运行时间来提高应用程序的性能                。为了实现这个目标                        ，Fork/Join框架执行的任务有一些局限性
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，如下所示

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 。

任务只能使用Fork和Join操作来进行同步机制























，如果使用了其他同步机制                ，则在同步操作时
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 ，工作线程就不能执行其他任务了















。比如















，在Fork/Join框架中 
  
  
  
  
  
  
  
 ，使任务进行了睡眠
  
  
  
  
  
  
  
  ，那么
 


 


 


 


 


 


 


 

，在睡眠期间内 
 
 
 
 
 
 
 
，正在执行这个任务的工作线程将不会执行其他任务了                        。 在Fork/Join框架中
   
   
   
   
   
   
   
   ，所拆分的任务不应该去执行IO操作
 

 

 

 

 

 

 

 
，比如：读写数据文件 任务不能抛出检查异常 

 

 

 

 

 

 

 

，必须通过必要的代码来出来这些异常

Fork/Join框架的核心类

Fork/Join框架的核心是两个类：ForkJoinPool和ForkJoinTask
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 。ForkJoinPool负责实现工作窃取算法                、管理工作线程
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 、提供关于任务的状态以及执行信息























。ForkJoinTask主要提供在任务中执行Fork和Join操作的机制                。

示例代码

示例代码如下：

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