【框架】说一说 Fork/Join？

news2024/9/23 20:03:07

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系列专栏：学习Java框架

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前言

Fork/Join 框架是 Java 7中引入的一个并行（同时）计算框架，主要用于处理递归式任务。

什么是 Fork？

Fork 是指将一个大任务拆分成多个小任务并行（同时）执行

什么是 Join？

Join 是指等待这些小任务执行完成，并将它们的结果合并

Fork/Join 的核心组件

ForkJoinPool：整个框架的线程池，负责管理工作线程以及任务的调度和执行

ForkJoinTask：可分解的任务，一般情况下通过基础 RecursiveTask（有返回结果）或 RecursiveAtion（无返回结果）来实现具体的任务

ForkJoinWorkerThread ：工作线程，负责执行 ForkJoinTask 中的任务

Fork/Join 的工作流程

1. 创建 ForkJoinPool

创建一个 ForkJoinPool 对象，一般情况下使用默认的构造函数创建一个适合当前系统环境的 ForkJoinPool

2. 提交任务

将需要执行的任务提交给 ForkJoinPool，通常通过 invoke 方法或者 submit 方法来提交任务

3. 执行任务

ForkJoinPool 会将任务分配给其内部的 ForkJoinWorkerThread 来执行。每个工作线程都会从任务队列中获取任务并执行

4. 任务拆分与执行

在任务的执行过程中，如果存在需要拆分的子任务，工作线程会调用任务的 fork 方法将子任务提交给 ForkJoinPool
ForkJoinPool 会根据工作窃取算法，将子任务分配给其他空闲的工作线程执行，从而实现任务的并行执行

5. 结果合并

当子任务执行完成后，工作线程会调用任务的 join 方法等待子任务的执行结果
如果存在必要，结果合并的过程也可以递归进行，直到得到最终的结果

Fork/Join 计算斐波那契数列

// 继承 RecursiveTask 来实现可返回结果的任务
public class FibonacciTask extends RecursiveTask<Integer> {
    private int n;

    public FibonacciTask(int n) {
        this.n = n;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if (n <= 1) {
            return n;
        } else {
            FibonacciTask task1 = new FibonacciTask(n - 1);
            task1.fork(); // 拆分任务

            FibonacciTask task2 = new FibonacciTask(n - 2);
            return task2.compute() + task1.join(); // 合并结果
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        int n = 10;

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();

        FibonacciTask fibonacciTask = new FibonacciTask(n);

        int result = forkJoinPool.invoke(fibonacciTask); // 同步执行任务并获取结果

        System.out.println("位于" + n + "处的斐波那契数为：" + result);

    }

}

解读：

定义 FibonacciTask 类，继承自 RecursiveTask,用于计算斐波那契数列第 n 个数
在 compute() 方法中，判断如果 n 小于等于 1，则返回 n
否则，将任务拆分为两个部分，分表计算第 n-1 和第 n-2 个斐波那契数
通过 join() 方法等待第 n-1 的计算结果完成后将结果合并