建设网站策划方案,亚马逊雨林动物,wordpress多用户图库,网站域名背景转载自 聊聊并发#xff08;八#xff09;——Fork/Join框架介绍1. 什么是Fork/Join框架
Fork/Join框架是Java7提供了的一个用于并行执行任务的框架#xff0c; 是一个把大任务分割成若干个小任务#xff0c;最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
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Fork/Join框架是Java7提供了的一个用于并行执行任务的框架 是一个把大任务分割成若干个小任务最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
我们再通过Fork和Join这两个单词来理解下Fork/Join框架Fork就是把一个大任务切分为若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这个大任务的结果。比如计算12。。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。Fork/Join的运行流程图如下2. 工作窃取算法工作窃取work-stealing算法是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行。工作窃取的运行流程图如下那么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是充分利用线程进行并行计算并减少了线程间的竞争其缺点是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。并且消耗了更多的系统资源比如创建多个线程和多个双端队列。
3. Fork/Join框架的介绍
我们已经很清楚Fork/Join框架的需求了那么我们可以思考一下如果让我们来设计一个Fork/Join框架该如何设计这个思考有助于你理解Fork/Join框架的设计。
第一步分割任务。首先我们需要有一个fork类来把大任务分割成子任务有可能子任务还是很大所以还需要不停的分割直到分割出的子任务足够小。
第二步执行任务并合并结果。分割的子任务分别放在双端队列里然后几个启动线程分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都统一放在一个队列里启动一个线程从队列里拿数据然后合并这些数据。
Fork/Join使用两个类来完成以上两件事情
ForkJoinTask我们要使用ForkJoin框架必须首先创建一个ForkJoin任务。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。ForkJoinPool 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。当一个工作线程的队列里暂时没有任务时它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务。
4. 使用Fork/Join框架
让我们通过一个简单的需求来使用下ForkJoin框架需求是计算1234的结果。
使用ForkJoin框架首先要考虑到的是如何分割任务如果我们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由于是4个数字相加所以ForkJoin框架会把这个任务fork成两个子任务子任务一负责计算12子任务二负责计算34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实现代码如下通过这个例子让我们再来进一步了解ForkJoinTaskForkJoinTask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方法看看当前子任务是否需要继续分割成孙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。
5. Fork/Join框架的异常处理
ForkJoinTask在执行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方法获取异常。使用如下代码
if(task.isCompletedAbnormally())
{System.out.println(task.getException());
}
getException方法返回Throwable对象如果任务被取消了则返回CancellationException。如果任务没有完成或者没有抛出异常则返回null。
6. Fork/Join框架的实现原理
ForkJoinPool由ForkJoinTask数组和ForkJoinWorkerThread数组组成ForkJoinTask数组负责存放程序提交给ForkJoinPool的任务而ForkJoinWorkerThread数组负责执行这些任务。
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 fork() { ((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread()).pushTask(this); return this;
}
pushTask方法把当前任务存放在ForkJoinTask 数组queue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 removedlong u (((s queueTop) (m q.length - 1)) ASHIFT) ABASE;UNSAFE.putOrderedObject(q, u, t);queueTop s 1; // or use putOrderedIntif ((s - queueBase) 2)pool.signalWork();else if (s m)growQueue();}}
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();elsereturn 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四种已完成NORMAL被取消CANCELLED信号SIGNAL和出现异常EXCEPTIONAL。
如果任务状态是已完成则直接返回任务结果。如果任务状态是被取消则直接抛出CancellationException。如果任务状态是抛出异常则直接抛出对应的异常。
让我们再来分析下doJoin()方法的实现代码
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);}elsereturn 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了如果执行完了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了则设置任务状态为NORMAL如果出现异常则纪录异常并将任务状态设置为EXCEPTIONAL。
7. 参考资料
JDK1.7源码http://ifeve.com/fork-join-5/
