Java7提供的并行执行任务框架：Fork、Join框架
2016-03-31 23:14 303 0
一、定义
Fork/join主要是Java7提供的一个并行执行任务的框架，Fork就是把一个大任务切分为诺干子任务并行的执行，Join就是合并这些子任务的执行结果，最后得到大任务的结果。
如果1+2+3+……+10000 可以分割成10个子任务，每个子任务分别对1000个数进行求和，最终汇总这10个子任务的结果。
二、实现
需求：计算1+2+3+4
使用Fork、Join框架首先要考虑到时如何分割任务，如果希望每个子任务最多执行两个数的相加，那么我们设置分割的阈值是2，由于4个数字相加，所以这个框架会把这个任务fork成两个子任务，子任务一负责计算1+2，子任务二负责计算3+4，然后再join两个子任务的结果，因为是有结果的任务，所以必须继承RecursiveTask，具体实现代码如下：
public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> {
private static final int THRESHOLD = 2;
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\[\] strs) {
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
Future<Integer> result = forkJoinPool.submit(task);
try {
System.out.println(result.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
if(task.isCompletedAbnormally()){
System.out.println(task.getException());
}
}
通过这个例子，我们进一步了解了ForkJoinTask，ForkJoinTask与一般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，看看当前子任务是否需要继续分割成子任务，如果不需要继续分割，则执行当前子任务并返回结果，使用join方法会等待子任务执行完并得到其结果。
ForkJoinTask在执行任务的时候可能会抛出异常，但是我们没办法在主线程里直接捕获异常，所以ForkJoinTask提供了isCompletedAbnormally()方法来检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了，并且可以通过ForkJoinTask的getException方法捕获异常
三、实现原理
ForkJoinPool由ForkJoinTask数组和ForkJoinWorkerThread数组组成，ForkJoinTask数组负责将存放程序提交给ForkJoinPool的任务，而ForkJoinWorkerThread数组负责执行这些任务。
（1）.ForkJoinTask的fork方法实现原理
当我们调用ForkJoinTask的fork方法时，程序会调用ForkJoinWorkerThread的pushTask方法异步的执行这个任务，然后立即返回结果，代码如下：
public final ForkJoinTask<V> fork() {
((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread())
.pushTask(this);
return this;
}
pushTask方法把当前任务存放在ForkJoinTask数组队列里。然后再调用ForkJoinPool的signalWork()方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务，代码如下：
final void pushTask(ForkJoinTask<?> t) {
ForkJoinTask<?>\[\] q; int s, m;
if ((q = queue) != null) { // ignore if queue removed
long u = (((s = queueTop) & (m = q.length - 1)) << ASHIFT) + ABASE;
UNSAFE.putOrderedObject(q, u, t);
queueTop = s + 1; // or use putOrderedInt
if ((s -= queueBase) <= 2)
pool.signalWork();
else if (s == m)
growQueue();
}
}
（2）.ForkJoinTask的join方法实现原理
Join方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。让我们一起看看ForkJoinTask的join方法的实现，代码如下：
public final V join() {
if (doJoin() != NORMAL)
return reportResult();
else
return getRawResult();
}
private V reportResult() {
int s; Throwable ex;
if ((s = status) == CANCELLED)
throw new CancellationException();
if (s == EXCEPTIONAL && (ex = getThrowableException()) != null)
UNSAFE.throwException(ex);
return getRawResult();
}
首先，它调用了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）和出现异常（EXCEPTIONAL）.
①：如果任务状态是已完成，则直接返回任务结果
②：如果任务状态是被取消，则直接抛出CancellationException
③：如果任务状态是抛出异常，则直接抛出对应的异常
doJoin方法代码如下：
private int doJoin() {
Thread t; ForkJoinWorkerThread w; int s; boolean completed;
if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) {
if ((s = status) < 0)
return s;
if ((w = (ForkJoinWorkerThread)t).unpushTask(this)) {
try {
completed = exec();
} catch (Throwable rex) {
return setExceptionalCompletion(rex);
}
if (completed)
return setCompletion(NORMAL);
}
return w.joinTask(this);
}
else
return externalAwaitDone();
}
在doJoin（）方法里，首先通过查看任务的状态，看任务是否已经执行完成，如果执行完成，则直接返回任务状态，如果没有执行完，则从任务数组里取出任务并执行，如果任务顺利执行完成，则设置任务状态为NORMAL，如果出现异常，则记录异常，并将任务状态设置为EXCEPTION.
