Java Fork/Join

Fork/Join框架

Fork/Join 以递归方式将可以并行的任务拆分成更小的任务，然后将每个子任务的结果合并起来生成整体结果。

这个过程其实就是分治算法的并行版本，图解如下：

如何使用

我们要使用 ForkJoin 框架，必须先创建一个 ForkJoinTask。它提供在任务中执行 fork() 和 join() 操作的机制，通常情况下我们不需要直接继承 ForkJoinTask 类，而只需要继承它的子类，Fork/Join 框架提供了以下两个子类：

• RecursiveAction：用于没有返回结果的任务。
• RecursiveTask ：用于有返回结果的任务。

而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。

下面使用forkJoin来计算一个Integer List之和：

import com.google.common.collect.Lists;
import com.sun.istack.internal.NotNull;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

public class SumTask extends RecursiveTask<Long> {

    private static final int SPLIT_NUM = 10000;
    @NotNull
    private List<Integer> numberList;

    public SumTask(List<Integer> numberList) {
        this.numberList = numberList;
    }

    @Override
    protected Long compute() {
        // 不需要进行任务拆分
        if (numberList.size() <= SPLIT_NUM) {
            return numberList.stream().mapToLong(Integer::intValue).sum();
        }
        // 进行任务拆分
        List<List<Integer>> splitNumberList = Lists.partition(numberList, numberList.size() / 2);
        List<SumTask> sumTasks = splitNumberList.stream().map(SumTask::new).collect(Collectors.toList());
        // 执行子任务，继续拆分
        invokeAll(sumTasks);
        // 合并结果
        return sumTasks.stream().mapToLong(SumTask::join).sum();
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();
        List<Integer> numberList = IntStream.rangeClosed(1, 100000).mapToObj(Integer::new).collect(Collectors.toList());
        SumTask sumTask = new SumTask(numberList);
        Long sum = forkJoinPool.invoke(sumTask);
        System.out.println("1 ~ 100000 sum result is: " + sum);
    }
}

上述代码的执行过程为，先将List 分为两个子List， 并发执行两个子List 的计算。然后再将子List 拆分为更小的List，依此往复，直至List无法再拆分时，计算其Sum，最后合并结果。

ForkJoinTask 与一般的任务的主要区别在于它需要实现 compute 方法，在这个方法里，首先需要判断任务是否足够小，如果足够小就直接执行任务。如果不足够小，就必须分割成两个子任务，每个子任务在调用 fork 方法时，又会进入 compute 方法，形成递归调用，直到任务子任务不可再分。使用 join 方法会等待子任务执行完并得到其结果。

异常捕获

我们没办法在主线程中捕获ForkJoinTask 执行过程中抛出的异常。所以ForkJoinTask 提供了方法来检测Task 执行情况， 并提供了获取异常的方法。

        // 检查Task 执行情况
        sumTask.isCancelled();
        sumTask.isCompletedNormally();
        sumTask.isCompletedAbnormally();

        // 获取异常信息
        sumTask.getException();

实现原理

参考 https://segmentfault.com/a/1190000016781127