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十九、ForkJoin 并发框架介绍

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ForkJoin 并发框架介绍

1. 前言

本节带领大家认识第二个并发框架之 ForkJoin。

本节先介绍 ForkJoin 并发框架的整个体系结构,接着介绍各部分中的核心接口和实现类,下一节中使用 ForkJoin 并发框架实现一个综合例子,让大家从整体概念、接口实现、应用有一个较全面的了解。

下面我们正式开始介绍吧。

2. 整体结构介绍

从 JDK 1.7 开始,java 提供了一套大任务分解成小任务并行执行的框架 ForkJoin ,并且在 JDK 1.8 中进一步做了优化。

相比上一节介绍的 Executor 并发框架而言,ForkJoin 框架更倾向于任务拆分并行执行的场合,而 Executor 框架更适合于更一般的任务彼此之间无内在关系的场合。

ForkJoin 框架的基本思想是将一个大任务拆分成多个处理逻辑相同的子任务,最后将这些子任务的结果再汇总起来,从而得到大任务的结果。即在任务处理时,先进行任务切分,然后进行切分后的各子任务的计算,最后做结果合并。担任子任务还可以继续进行切分,这需要根据实际情况而定。

整体结构已经了解了,接着我们继续了解各部分的核心接口和实现类。

3. 核心接口和实现类

整个 ForkJoin 框架的核心接口和实现类很简洁,罗列如下:

  1. 线程池 ForkJoinPool,代表执行任务的线程池。
  2. 执行线程 ForkJoinWorkerThread,代表 ForkJoinPool 线程池中的一个执行任务的线程。
  3. 任务 ForkJoinTask ,代表运行在 ForkJoinPool 中的任务。

ForkJoin 框架核心接口的使用逻辑如下图:
20210321215816569.jpg
下面,我们继续深入了解各接口和实现类的基本知识。

3.1. ForkJoinPool

ForkJoinPool 代表了此任务的执行器,当采用 ForkJoin 框架执行我们的任务时,首先需要创建一个 ForkJoinPool 对象,所有后继执行的过程控制都交给此对象完成。代码举例:

// 构建任务执行器
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
// 提交待执行的任务
ForkJoinTask<T> result = pool.submit(ForkJoinTask类型的对象);
// 开始任务执行并获取执行结果
result.invoke();

3.2. ForkJoinWorkerThread

ForkJoinWorkerThread 是 ForkJoin 框架中用于执行任务的线程实现。一般情况下我们无需显式地使用此类,由 ForkJoinPool 类内部自行创建并维护。

3.3. ForkJoinTask

ForkJoinTask 是一个抽象类,定义了任务的主要操作接口。

  1. fork ():在当前线程运行的线程池中再创建提交一个子任务。
  2. join ():当任务完成的时候返回计算结果。
  3. invoke ():开始执行任务,如果必要等待计算完成。

共有两个子类:

  1. RecursiveAction:提供了无需关心任务执行结果场合下的默认实现
  2. RecursiveTask:提供了最终需获取任务执行结果的场合下的默认实现

一般我们只需要根据实际情况,选择继承上面的两个子类之一,然后实现自己的逻辑就可以了。代码举例:

class myTask extends RecursiveTask<Integer> {
    @Override
    protected Integer compute() {
        // 执行逻辑,可根据情况直接计算返回,也可根据任务大小确定是否继续拆分子任务
        SumTask left = new myTask(子任务待处理的数据范围);
        SumTask right = new SumTask(子任务待处理的数据范围);
        left.fork();
        right.fork();
        return left.join() + right.join();
    }
}

4. 小结

本节带领大家对 ForkJoin 框架做整体认识,熟悉其最基本骨架内容,先做到有整体的概念。具体 ForkJoin 框架如何使用呢,我们在下一节讲述。希望大家在学习过程中,多思考勤练习,早日掌握之。

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