1.什么是fork/join框架？
fork/join 框架是 java.util.concurrent 包的一部分，在 java 7 中引入。它是为可以递归地划分为更小的块的任务而设计的，其中每个块都可以被处理独立。该框架遵循分而治之的原则，非常适合排序、搜索和其他递归算法等任务。
2. 实现 fork/join 框架
2.1 forkjoin任务
forkjointask 是可以在 fork/join 框架中运行的任务的基类。它提供了核心操作，允许任务派生新的子任务并在完成后加入它们。
示例：
import java.util.concurrent.recursivetask;
public class sumtask extends recursivetask<integer> {
private final int[] arr;
private final int start, end;
public sumtask(int[] arr, int start, int end) {
this.arr = arr;
this.start = start;
this.end = end;
}
@override
protected integer compute() {
if (end - start <= 10) {
int sum = 0;
for (int i = start; i < end; i++) {
sum += arr[i];
}
return sum;
} else {
int mid = (start + end) / 2;
sumtask lefttask = new sumtask(arr, start, mid);
sumtask righttask = new sumtask(arr, mid, end);
lefttask.fork();
int rightresult = righttask.compute();
int leftresult = lefttask.join();
return leftresult + rightresult;
}
}
}
2.2 forkjoinpool
forkjoinpool 是管理工作线程池以执行 forkjointask 实例的中心类。它使用工作窃取算法，通过将任务从繁忙线程重新分配到空闲线程来保持所有线程繁忙。
示例：
import java.util.concurrent.forkjoinpool;
public class forkjoinexample {
public static void main(string[] args) {
int[] arr = new int[100];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
arr[i] = i + 1;
}
forkjoinpool pool = new forkjoinpool();
sumtask task = new sumtask(arr, 0, arr.length);
int result = pool.invoke(task);
system.out.println("sum: " + result);
}
}
2.3 recursivetask 与 recursiveaction
recursivetask 在任务返回结果时使用，而 recursiveaction 在任务不返回任何结果时使用。
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使用 recursiveaction 的示例：
import java.util.concurrent.recursiveaction;
public class printtask extends recursiveaction {
private final int[] arr;
private final int start, end;
public printtask(int[] arr, int start, int end) {
this.arr = arr;
this.start = start;
this.end = end;
}
@override
protected void compute() {
if (end - start <= 10) {
for (int i = start; i < end; i++) {
system.out.print(arr[i] + " ");
}
system.out.println();
} else {
int mid = (start + end) / 2;
printtask lefttask = new printtask(arr, start, mid);
printtask righttask = new printtask(arr, mid, end);
invokeall(lefttask, righttask);
}
}
}
2.4 演示和结果
运行forkjoinexample将输出数组元素的总和。 fork/join 框架将任务划分为更小的块并并行处理它们，显示出显着的性能改进，尤其是对于大型数据集。
例如，将 1 到 100 之间的数字相加：
sum: 5050
对于 printtask ，框架划分数组打印任务，并行执行并同时输出片段：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ...
3. fork/join 框架的各个维度
3.1 fork/join的优点
- 效率：利用所有可用的cpu核心，从而加快任务执行速度。
- 可扩展性：可以通过将大型数据集分解为更小的、可管理的任务来处理它们。
- 工作窃取：通过将任务从过载线程重新分配到空闲线程来保持所有线程忙碌。
3.2 fork/join 的缺点
- 复杂性：需要仔细设计和理解并行性，这会增加代码复杂性。
- 开销：分叉和加入任务具有固有的开销，这对于较小的任务可能没有好处。
- 调试：由于线程执行的不确定性，并行任务可能很难调试。
3.3 何时使用 fork/join
- 大型递归问题：当您的任务自然地分为较小的子任务时，例如排序、搜索和矩阵乘法。
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- cpu 密集型操作：需要密集 cpu 计算并可以从并行执行中受益的任务。
4. 结论
fork/join 框架是 java 中用于优化并行处理任务的强大工具。它擅长将任务分解为更小的子任务，独立执行，然后组合以产生最终结果的场景。虽然它带来了复杂性，但多核环境中的性能优势通常大于其缺点，使其成为解决 cpu 限制和大型递归问题的绝佳选择。
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