Java7提供的並行執行任務框架：Fork、Join框架

1、定義

Fork/join主要是Java7提供的一個並行執行任務的框架，Fork就是把一個大任務切分爲諾乾子任務並行的執行，Join就是合併這些子任務的執行結果，最後獲得大任務的結果。

若是1+2+3+……+10000 能夠分割成10個子任務，每一個子任務分別對1000個數進行求和，最終彙總這10個子任務的結果。

2、實現

需求：計算1+2+3+4

使用Fork、Join框架首先要考慮到時如何分割任務，若是但願每一個子任務最多執行兩個數的相加，那麼咱們設置分割的閾值是2，因爲4個數字相加，因此這個框架會把這個任務fork成兩個子任務，子任務一負責計算1+2，子任務二負責計算3+4，而後再join兩個子任務的結果，由於是有結果的任務，因此必須繼承RecursiveTask，具體實現代碼以下：

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;
//若是任務足夠小就計算任務
boolean canCompute = (end - start) <= THRESHOLD;
        if (canCompute) {
for (int i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
}
        } else {
//若是任務大於閾值，就分裂成兩個子任務計算
int middle = (start + end) / 2;
CountTask leftTask = new CountTask(start, middle);
CountTask rightTask = new CountTask(middle + 1, end);
//執行子任務
leftTask.fork();
rightTask.fork();
//等待子任務執行完，並獲得其結果
int leftResult = leftTask.join();
            int rightResult = rightTask.join();
//合併子任務
sum = leftResult + rightResult;
}
return sum;
}
}複製代碼

public static void main(String[] strs) {

    ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
//生成一個計算任務，負責計算1+2+3+4
CountTask task = new CountTask(1, 4);
//執行一個任務
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());
}

}複製代碼

經過這個例子，咱們進一步瞭解了ForkJoinTask，ForkJoinTask與通常任務的主要區別在於它須要實現compute方法，在這個方法裏，首先須要判斷任務是否足夠小，若是足夠小就直接執行任務，若是不足夠小，就必須分割成兩個子任務，每一個子任務在調用fork方法時，又會進入compute方法，看看當前子任務是否須要繼續分割成子任務，若是不須要繼續分割，則執行當前子任務並返回結果，使用join方法會等待子任務執行完並獲得其結果。

ForkJoinTask在執行任務的時候可能會拋出異常，可是咱們沒辦法在主線程裏直接捕獲異常，因此ForkJoinTask提供了isCompletedAbnormally()方法來檢查任務是否已經拋出異常或已經被取消了，而且能夠經過ForkJoinTask的getException方法捕獲異常

3、實現原理

ForkJoinPool由ForkJoinTask數組和ForkJoinWorkerThread數組組成，ForkJoinTask數組負責將存放程序提交給ForkJoinPool的任務，而ForkJoinWorkerThread數組負責執行這些任務。

（1）.ForkJoinTask的fork方法實現原理

當咱們調用ForkJoinTask的fork方法時，程序會調用ForkJoinWorkerThread的pushTask方法異步的執行這個任務，而後當即返回結果，代碼以下：

public final ForkJoinTask<V> fork() {
    ((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread())
        .pushTask(this);
    return this;
}複製代碼

pushTask方法把當前任務存放在ForkJoinTask數組隊列裏。而後再調用ForkJoinPool的signalWork()方法喚醒或建立一個工做線程來執行任務，代碼以下：

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();
    }
}複製代碼

（2）.ForkJoinTask的join方法實現原理

Join方法的主要做用是阻塞當前線程並等待獲取結果。讓咱們一塊兒看看ForkJoinTask的join方法的實現，代碼以下：

public final V join() {
    if (doJoin() != NORMAL)
        return reportResult();
    else
        return getRawResult();
}複製代碼

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();
}複製代碼

首先，它調用了doJoin方法，經過doJoin()方法獲得當前任務的狀態來判斷返回什麼結果，任務狀態有4種：已完成（NORMAL）、被取消（CANCELLED）、信號（SIGNAL）和出現異常（EXCEPTIONAL）.

①：若是任務狀態是已完成，則直接返回任務結果

②：若是任務狀態是被取消，則直接拋出CancellationException

③：若是任務狀態是拋出異常，則直接拋出對應的異常

doJoin方法代碼以下：

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();
}複製代碼

在doJoin（）方法裏，首先經過查看任務的狀態，看任務是否已經執行完成，若是執行完成，則直接返回任務狀態，若是沒有執行完，則從任務數組裏取出任務並執行，若是任務順利執行完成，則設置任務狀態爲NORMAL，若是出現異常，則記錄異常，並將任務狀態設置爲EXCEPTION.