Java多線程進階（四四）—— J.U.C之executors框架：Fork/Join框架（2）實現
本文首發於一世流雲的專欄： https://segmentfault.com/blog...
1、引言
前一章——Fork/Join框架（1） 原理，咱們從總體上對Fork/Join框架做了介紹。java
回顧一下，Fork/Join框架的核心實現類是ForkJoinPool線程池，其它核心組件包括：ForkJoinTask（任務）、ForkJoinWorkerThread（工做線程）、WorkQueue（任務隊列）。segmentfault
這一章，咱們將深刻F/J框架的實現細節，看看ForkJoinPool線程池究竟有何特殊之處，F/J框架的整個任務調度流程又是怎樣的。數組
2、任務調度流程
在開始以前，先來看下下面這張圖：app
上圖包含了F/J框架的整個任務調度流程，這裏先簡要介紹下，以便讀者在有個印象，後續的源碼分析將徹底按照這張圖進行。框架
F/J框架調度任務的流程一共能夠分爲四大部分。dom
任務提交
任務提交是整個調度流程的第一步，F/J框架所調度的任務來源有兩種：async
①外部提交任務ide
所謂外部提交任務，是指經過ForkJoinPool的execute/submit/invoke方法提交的任務，或者非工做線程（ForkJoinWorkerThread）直接調用ForkJoinTask的fork/invoke方法提交的任務：函數
外部提交的任務的特色就是調用線程是非工做線程。這個過程涉及如下方法：源碼分析
ForkJoinPool.submitForkJoinPool.invokeForkJoinPool.executeForkJoinTask.forkForkJoinTask.invokeForkJoinPool.externalPushForkJoinPool.externalSubmit
②工做線程fork任務
所謂工做線程fork任務，是指由ForkJoinPool所維護的工做線程（ForkJoinWorkerThread）從自身任務隊列中獲取任務（或從其它任務隊列竊取），而後執行任務。
工做線程fork任務的特色就是調用線程是工做線程。這個過程涉及如下方法：
ForkJoinTask.doExecWorkQueue.push
建立工做線程
任務提交完成後，ForkJoinPool會根據狀況建立或喚醒工做線程，以便執行任務。
ForkJoinPool並不會爲每一個任務都建立工做線程，而是根據實際狀況（構造線程池時的參數）肯定是喚醒已有空閒工做線程，仍是新建工做線程。這個過程仍是涉及任務隊列的綁定、工做線程的註銷等過程：
ForkJoinPool.signalWorkForkJoinPool.tryAddWorkerForkJoinPool.createWorkerForkJoinWorkerThread.registerWorkerForkJoinPool.deregisterWorker
任務執行
任務入隊後，由工做線程開始執行，這個過程涉及任務竊取、工做線程等待等過程：
ForkJoinWorkerThread.runForkJoinPool.runWorkerForkJoinPool.scanForkJoinPool.runTaskForkJoinTask.doExecForkJoinPool.execLocalTasksForkJoinPool.awaitWork
任務結果獲取
任務結果通常經過ForkJoinTask的join方法得到，其主要流程以下圖：
任務結果獲取的核心涉及兩點：
- 互助竊取：
ForkJoinPool.helpStealer - 算力補償：
ForkJoinPool.tryCompensate
3、源碼分析
經過第二部分，大體瞭解了F/J框架調度任務的流程，咱們來看下源碼實現。
任務提交
①外部提交任務
咱們經過ForkJoinPool的submit(ForkJoinTask<T> task)方法來看下這個過程（其它提交任務的方法內部調用幾乎同樣，再也不贅述）：
public <T> ForkJoinTask<T> submit(ForkJoinTask<T> task) {
if (task == null)
throw new NullPointerException();
externalPush(task);
return task;
}
ForkJoinPool.submit內部調用了externalPush方法：
final void externalPush(ForkJoinTask<?> task) {
WorkQueue[] ws;
WorkQueue q;
int m;
int r = ThreadLocalRandom.getProbe();
int rs = runState;
// m & r & SQMASK必爲偶數，因此經過externalPush方法提交的任務都添加到了偶數索引的任務隊列中（沒有綁定的工做線程）
if ((ws = workQueues) != null && (m = (ws.length - 1)) >= 0 &&
(q = ws[m & r & SQMASK]) != null && r != 0 && rs > 0 &&
U.compareAndSwapInt(q, QLOCK, 0, 1)) {
ForkJoinTask<?>[] a;
int am, n, s;
if ((a = q.array) != null &&
(am = a.length - 1) > (n = (s = q.top) - q.base)) {
int j = ((am & s) << ASHIFT) + ABASE;
U.putOrderedObject(a, j, task);
U.putOrderedInt(q, QTOP, s + 1);
U.putIntVolatile(q, QLOCK, 0);
if (n <= 1) // 隊列裏只有一個任務
signalWork(ws, q); // 建立或激活一個工做線程
return;
}
U.compareAndSwapInt(q, QLOCK, 1, 0);
}
// 未命中任務隊列時（WorkQueue == null 或 WorkQueue[i] == null），會進入該方法
externalSubmit(task);
}
當咱們首次建立了ForkJoinPool時，任務隊列數組並無初始化，只有當首次提交任務時，纔會初始化。
externalPush方法包含兩部分：
- 根據線程隨機變量、任務隊列數組信息，計算命中槽（即本次提交的任務應該添加到任務隊列數組中的哪一個隊列），若是命中且隊列中任務數<1，則建立或激活一個工做線程；
- 不然，調用externalSubmit初始化隊列，併入隊。
/**
* 完整版本的externalPush.
* 處理線程池提交任務時未命中隊列的狀況和異常狀況.
*/
private void externalSubmit(ForkJoinTask<?> task) {
int r; // 線程相關的隨機數
if ((r = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) {
ThreadLocalRandom.localInit();
r = ThreadLocalRandom.getProbe();
}
for (; ; ) {
WorkQueue[] ws;
WorkQueue q;
int rs, m, k;
boolean move = false;
// CASE1: 線程池已關閉
if ((rs = runState) < 0) {
tryTerminate(false, false); // help terminate
throw new RejectedExecutionException();
}
// CASE2: 初始化線程池
else if ((rs & STARTED) == 0 || // initialize
((ws = workQueues) == null || (m = ws.length - 1) < 0)) {
int ns = 0;
rs = lockRunState();
try {
if ((rs & STARTED) == 0) {
U.compareAndSwapObject(this, STEALCOUNTER, null,
new AtomicLong());
// 初始化工做隊列數組, 數組大小必須爲2的冪次
int p = config & SMASK;
int n = (p > 1) ? p - 1 : 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
n = (n + 1) << 1;
workQueues = new WorkQueue[n];
ns = STARTED; // 線程池狀態轉化爲STARTED
}
} finally {
unlockRunState(rs, (rs & ~RSLOCK) | ns);
}
}
// CASE3: 入隊任務
else if ((q = ws[k = r & m & SQMASK]) != null) {
if (q.qlock == 0 && U.compareAndSwapInt(q, QLOCK, 0, 1)) {
ForkJoinTask<?>[] a = q.array;
int s = q.top;
boolean submitted = false; // initial submission or resizing
try { // locked version of push
if ((a != null && a.length > s + 1 - q.base) ||
(a = q.growArray()) != null) {
int j = (((a.length - 1) & s) << ASHIFT) + ABASE;
U.putOrderedObject(a, j, task);
U.putOrderedInt(q, QTOP, s + 1);
submitted = true;
}
} finally {
U.compareAndSwapInt(q, QLOCK, 1, 0);
}
if (submitted) {
signalWork(ws, q);
return;
}
}
move = true; // move on failure
}
// CASE4: 建立一個任務隊列
else if (((rs = runState) & RSLOCK) == 0) {
q = new WorkQueue(this, null);
q.hint = r;
q.config = k | SHARED_QUEUE; // k爲任務隊列在隊列數組中的索引: k == r & m & SQMASK, 在CASE3的IF判斷中賦值
q.scanState = INACTIVE; // 任務隊列狀態爲INACTIVE
rs = lockRunState();
if (rs > 0 && (ws = workQueues) != null &&
k < ws.length && ws[k] == null)
ws[k] = q; // else terminated
unlockRunState(rs, rs & ~RSLOCK);
} else
move = true; // move if busy
if (move)
r = ThreadLocalRandom.advanceProbe(r);
}
}
externalSubmit方法的邏輯很清晰，一共分爲4種狀況：
- CASE1：線程池已經關閉，則執行終止操做，並拒絕該任務的提交；
- CASE2：線程池未初始化，則進行初始化，主要就是初始化任務隊列數組；
- CASE3：命中了任務隊列，則將任務入隊，並嘗試建立/喚醒一個工做線程（Worker）；
- CASE4：未命中任務隊列，則在偶數索引處建立一個任務隊列
②工做線程fork任務
工做線程fork的任務其實就是子任務，ForkJoinTask.fork方法完成。
看下ForkJoinTask.fork方法，當調用線程爲工做線程時，直接添加到其自身隊列中：
public final ForkJoinTask<V> fork() {
Thread t;
if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) // 若是調用線程爲【工做線程】
((ForkJoinWorkerThread) t).workQueue.push(this); // 直接添加到線程的自身隊列中
else
ForkJoinPool.common.externalPush(this); // 外部（其它線程）提交的任務
return this;
}
WorkQueue.push方法，任務存入自身隊列的棧頂（top）：
final void push(ForkJoinTask<?> task) {
ForkJoinTask<?>[] a;
ForkJoinPool p;
int b = base, s = top, n;
if ((a = array) != null) { // ignore if queue removed
int m = a.length - 1; // fenced write for task visibility
U.putOrderedObject(a, ((m & s) << ASHIFT) + ABASE, task);
U.putOrderedInt(this, QTOP, s + 1); // 任務存入棧頂(top+1)
if ((n = s - b) <= 1) {
if ((p = pool) != null)
p.signalWork(p.workQueues, this); // 喚醒或建立一個工做線程
} else if (n >= m)
growArray(); // 擴容
}
}
若是當前 WorkQueue 爲新建的等待隊列（top - base <= 1），則調用signalWork方法爲當前 WorkQueue 新建或喚醒一個工做線程；
若是 WorkQueue 中的任務數組容量太小，則調用growArray方法對其進行兩倍擴容，
建立工做線程
從流程圖能夠看出，任務提交後，會調用signalWork方法建立或喚醒一個工做線程，該方法的核心其實就兩個分支：
- 工做線程數不足：建立一個工做線程；
- 工做線程數足夠：喚醒一個空閒（阻塞）的工做線程。
/**
* 嘗試建立或喚醒一個工做線程.
*
* @param ws 任務隊列數組
* @param q 當前操做的任務隊列WorkQueue
*/
final void signalWork(WorkQueue[] ws, WorkQueue q) {
long c;
int sp, i;
WorkQueue v;
Thread p;
while ((c = ctl) < 0L) { // too few active
// CASE1: 工做線程數不足
if ((sp = (int) c) == 0) {
if ((c & ADD_WORKER) != 0L)
tryAddWorker(c); // 增長工做線程
break;
}
// CASE2: 存在空閒工做線程，則喚醒
if (ws == null) // unstarted/terminated
break;
if (ws.length <= (i = sp & SMASK)) // terminated
break;
if ((v = ws[i]) == null) // terminating
break;
int vs = (sp + SS_SEQ) & ~INACTIVE; // next scanState
int d = sp - v.scanState; // screen CAS
long nc = (UC_MASK & (c + AC_UNIT)) | (SP_MASK & v.stackPred);
if (d == 0 && U.compareAndSwapLong(this, CTL, c, nc)) {
v.scanState = vs; // activate v
if ((p = v.parker) != null)
U.unpark(p);
break;
}
if (q != null && q.base == q.top) // no more work
break;
}
}
先來看建立工做線程的方法tryAddWorker，其實就是設置下字段值（活躍/總工做線程池數），而後調用createWorker真正建立一個工做線程：
private void tryAddWorker(long c) {
boolean add = false;
do {
// 設置活躍工做線程數、總工做線程池數
long nc = ((AC_MASK & (c + AC_UNIT)) |
(TC_MASK & (c + TC_UNIT)));
if (ctl == c) {
int rs, stop; // check if terminating
if ((stop = (rs = lockRunState()) & STOP) == 0)
add = U.compareAndSwapLong(this, CTL, c, nc);
unlockRunState(rs, rs & ~RSLOCK);
if (stop != 0)
break;
// 建立工做線程
if (add) {
createWorker();
break;
}
}
} while (((c = ctl) & ADD_WORKER) != 0L && (int) c == 0);
}
private boolean createWorker() {
ForkJoinWorkerThreadFactory fac = factory;
Throwable ex = null;
ForkJoinWorkerThread wt = null;
try {
// 使用線程池工廠建立線程
if (fac != null && (wt = fac.newThread(this)) != null) {
wt.start(); // 啓動線程
return true;
}
} catch (Throwable rex) {
ex = rex;
}
// 建立出現異常，則註銷該工做線程
deregisterWorker(wt, ex);
return false;
}
若是建立過程當中出現異常，則調用deregisterWorker註銷線程：
final void deregisterWorker(ForkJoinWorkerThread wt, Throwable ex) {
WorkQueue w = null;
// 1.移除workQueue
if (wt != null && (w = wt.workQueue) != null) { // 獲取ForkJoinWorkerThread的等待隊列
WorkQueue[] ws;
int idx = w.config & SMASK; // 計算workQueue索引
int rs = lockRunState(); // 獲取runState鎖和當前池運行狀態
if ((ws = workQueues) != null && ws.length > idx && ws[idx] == w)
ws[idx] = null; // 移除workQueue
unlockRunState(rs, rs & ~RSLOCK); // 解除runState鎖
}
// 2.減小CTL數
long c; // decrement counts
do {
} while (!U.compareAndSwapLong
(this, CTL, c = ctl, ((AC_MASK & (c - AC_UNIT)) |
(TC_MASK & (c - TC_UNIT)) |
(SP_MASK & c))));
// 3.處理被移除workQueue內部相關參數
if (w != null) {
w.qlock = -1; // ensure set
w.transferStealCount(this);
w.cancelAll(); // cancel remaining tasks
}
// 4.若是線程未終止，替換被移除的workQueue並喚醒內部線程
for (; ; ) { // possibly replace
WorkQueue[] ws;
int m, sp;
// 嘗試終止線程池
if (tryTerminate(false, false) || w == null || w.array == null ||
(runState & STOP) != 0 || (ws = workQueues) == null ||
(m = ws.length - 1) < 0) // already terminating
break;
// 喚醒被替換的線程，依賴於下一步
if ((sp = (int) (c = ctl)) != 0) { // wake up replacement
if (tryRelease(c, ws[sp & m], AC_UNIT))
break;
}
// 建立工做線程替換
else if (ex != null && (c & ADD_WORKER) != 0L) {
tryAddWorker(c); // create replacement
break;
} else // don't need replacement
break;
}
// 5.處理異常
if (ex == null) // help clean on way out
ForkJoinTask.helpExpungeStaleExceptions();
else // rethrow
ForkJoinTask.rethrow(ex);
}
deregisterWorker方法用於工做線程運行完畢以後終止線程或處理工做線程異常，主要就是清除已關閉的工做線程或回滾建立線程以前的操做，並把傳入的異常拋給 ForkJoinTask 來處理。
工做線程在構造的過程當中，會保存線程池信息和與本身綁定的任務隊列信息。它經過ForkJoinPool.registerWorker方法將本身註冊到線程池中：
protected ForkJoinWorkerThread(ForkJoinPool pool) {
// Use a placeholder until a useful name can be set in registerWorker
super("aForkJoinWorkerThread");
this.pool = pool;
this.workQueue = pool.registerWorker(this);
}
final WorkQueue registerWorker(ForkJoinWorkerThread wt) {
UncaughtExceptionHandler handler;
wt.setDaemon(true); // configure thread
if ((handler = ueh) != null)
wt.setUncaughtExceptionHandler(handler);
// 建立一個工做隊列, 並於該工做線程綁定
WorkQueue w = new WorkQueue(this, wt);
int i = 0; // 記錄隊列在任務隊列數組中的索引, 始終爲奇數
int mode = config & MODE_MASK;
int rs = lockRunState();
try {
WorkQueue[] ws;
int n;
if ((ws = workQueues) != null && (n = ws.length) > 0) {
int s = indexSeed += SEED_INCREMENT; // unlikely to collide
int m = n - 1;
i = ((s << 1) | 1) & m; // 經計算後, i爲奇數
if (ws[i] != null) { // 槽衝突, 即WorkQueue[i]位置已經有了任務隊列
// 從新計算索引i
int probes = 0; // step by approx half n
int step = (n <= 4) ? 2 : ((n >>> 1) & EVENMASK) + 2;
while (ws[i = (i + step) & m] != null) {
if (++probes >= n) {
workQueues = ws = Arrays.copyOf(ws, n <<= 1);
m = n - 1;
probes = 0;
}
}
}
// 設置隊列狀態爲SCANNING
w.hint = s; // use as random seed
w.config = i | mode;
w.scanState = i; // publication fence
ws[i] = w;
}
} finally {
unlockRunState(rs, rs & ~RSLOCK);
}
wt.setName(workerNamePrefix.concat(Integer.toString(i >>> 1)));
return w;
}
前文講過，工做線程（Worker）自身的任務隊列，其數組下標始終是奇數，registerWorker方法的主要做用就是在任務隊列數組WorkQueue[]找到一個空的奇數位，而後在該位置建立WorkQueue。
至此，線程池的任務提交工做和工做線程建立工做就所有完成了，接下來開始工做線程的執行。
任務執行
ForkJoinWorkerThread啓動後，會執行它的run方法，該方法內部調用了ForkJoinPool.runWorker方法來執行任務：
public void run() {
if (workQueue.array == null) { // only run once
Throwable exception = null;
try {
onStart(); // 鉤子方法
pool.runWorker(workQueue);
} catch (Throwable ex) {
exception = ex;
} finally {
try {
onTermination(exception);
} catch (Throwable ex) {
if (exception == null)
exception = ex;
} finally {
pool.deregisterWorker(this, exception);
}
}
}
}
runWorker方法的核心流程以下：
- scan：嘗試獲取一個任務；
- runTask：執行取得的任務；
- awaitWork：沒有任務則阻塞。
final void runWorker(WorkQueue w) {
w.growArray(); // 初始化任務隊列
int seed = w.hint; // initially holds randomization hint
int r = (seed == 0) ? 1 : seed; // avoid 0 for xorShift
for (ForkJoinTask<?> t; ; ) {
// CASE1: 嘗試獲取一個任務
if ((t = scan(w, r)) != null)
w.runTask(t); // 獲取成功, 執行任務
// CASE2: 獲取失敗, 阻塞等待任務入隊
else if (!awaitWork(w, r)) // 等待失敗, 跳出該方法後, 工做線程會被註銷
break;
r ^= r << 13;
r ^= r >>> 17;
r ^= r << 5; // xorshift
}
}
注意：若是awaitWork返回false，等不到任務，則跳出runWorker的循環，回到run中執行finally，最後調用deregisterWorker註銷工做線程。
任務竊取——scan
private ForkJoinTask<?> scan(WorkQueue w, int r) {
WorkQueue[] ws;
int m;
if ((ws = workQueues) != null && (m = ws.length - 1) > 0 && w != null) {
int ss = w.scanState; // initially non-negative
for (int origin = r & m, k = origin, oldSum = 0, checkSum = 0; ; ) {
WorkQueue q;
ForkJoinTask<?>[] a;
ForkJoinTask<?> t;
int b, n;
long c;
// 根據隨機數r定位一個任務隊列
if ((q = ws[k]) != null) { // 獲取workQueue
if ((n = (b = q.base) - q.top) < 0 &&
(a = q.array) != null) { // non-empty
long i = (((a.length - 1) & b) << ASHIFT) + ABASE;
if ((t = ((ForkJoinTask<?>)
U.getObjectVolatile(a, i))) != null && // 取base位置任務
q.base == b) {
// 成功獲取到任務
if (ss >= 0) {
if (U.compareAndSwapObject(a, i, t, null)) {
q.base = b + 1; // 更新base位
if (n < -1)
signalWork(ws, q); // 建立或喚醒工做線程來運行任務
return t;
}
} else if (oldSum == 0 && // try to activate
w.scanState < 0)
tryRelease(c = ctl, ws[m & (int) c], AC_UNIT); // 喚醒棧頂工做線程
}
// base位置任務爲空或base位置偏移，隨機移位從新掃描
if (ss < 0) // refresh
ss = w.scanState;
r ^= r << 1;
r ^= r >>> 3;
r ^= r << 10;
origin = k = r & m; // move and rescan
oldSum = checkSum = 0;
continue;
}
checkSum += b;
}
if ((k = (k + 1) & m) == origin) { // continue until stable
// 運行到這裏說明已經掃描了所有的 workQueues，但並未掃描到任務
if ((ss >= 0 || (ss == (ss = w.scanState))) &&
oldSum == (oldSum = checkSum)) {
if (ss < 0 || w.qlock < 0) // already inactive
break;
// 對當前WorkQueue進行滅活操做
int ns = ss | INACTIVE; // try to inactivate
long nc = ((SP_MASK & ns) |
(UC_MASK & ((c = ctl) - AC_UNIT)));
w.stackPred = (int) c; // hold prev stack top
U.putInt(w, QSCANSTATE, ns);
if (U.compareAndSwapLong(this, CTL, c, nc))
ss = ns;
else
w.scanState = ss; // back out
}
checkSum = 0;
}
}
}
return null;
}
掃描並嘗試偷取一個任務。隨機選擇一個WorkQueue，獲取base位的 ForkJoinTask，成功取到後更新base位並返回任務；若是取到的 WorkQueue 中任務數大於1，則調用signalWork建立或喚醒其餘工做線程。
阻塞等待——awaitWork
若是scan方法未掃描到任務，會調用awaitWork等待獲取任務：
private boolean awaitWork(WorkQueue w, int r) {
if (w == null || w.qlock < 0) // w is terminating
return false;
for (int pred = w.stackPred, spins = SPINS, ss; ; ) {
if ((ss = w.scanState) >= 0) // 正在掃描，跳出循環
break;
else if (spins > 0) {
r ^= r << 6;
r ^= r >>> 21;
r ^= r << 7;
if (r >= 0 && --spins == 0) { // randomize spins
WorkQueue v;
WorkQueue[] ws;
int s, j;
AtomicLong sc;
if (pred != 0 && (ws = workQueues) != null &&
(j = pred & SMASK) < ws.length &&
(v = ws[j]) != null && // see if pred parking
(v.parker == null || v.scanState >= 0))
spins = SPINS; // continue spinning
}
} else if (w.qlock < 0) // 當前workQueue已經終止，返回false recheck after spins
return false;
else if (!Thread.interrupted()) { // 判斷線程是否被中斷，並清除中斷狀態
long c, prevctl, parkTime, deadline;
int ac = (int) ((c = ctl) >> AC_SHIFT) + (config & SMASK); // 活躍線程數
if ((ac <= 0 && tryTerminate(false, false)) || // 無active線程，嘗試終止
(runState & STOP) != 0) // pool terminating
return false;
if (ac <= 0 && ss == (int) c) { // is last waiter
// 計算活躍線程數（高32位）並更新爲下一個棧頂的scanState（低32位）
prevctl = (UC_MASK & (c + AC_UNIT)) | (SP_MASK & pred);
int t = (short) (c >>> TC_SHIFT); // shrink excess spares
if (t > 2 && U.compareAndSwapLong(this, CTL, c, prevctl))//總線程過量
return false; // else use timed wait
// 計算空閒超時時間
parkTime = IDLE_TIMEOUT * ((t >= 0) ? 1 : 1 - t);
deadline = System.nanoTime() + parkTime - TIMEOUT_SLOP;
} else
prevctl = parkTime = deadline = 0L;
Thread wt = Thread.currentThread();
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, this); // emulate LockSupport
w.parker = wt; // 設置parker，準備阻塞
if (w.scanState < 0 && ctl == c) // recheck before park
U.park(false, parkTime); // 阻塞指定的時間
U.putOrderedObject(w, QPARKER, null);
U.putObject(wt, PARKBLOCKER, null);
if (w.scanState >= 0) // 正在掃描，說明等到任務，跳出循環
break;
if (parkTime != 0L && ctl == c &&
deadline - System.nanoTime() <= 0L &&
U.compareAndSwapLong(this, CTL, c, prevctl)) // 未等到任務，更新ctl，返回false
return false; // shrink pool
}
}
return true;
}
任務執行——runTask
竊取到任務後，調用WorkQueue.runTask方法執行任務：
final void runTask(ForkJoinTask<?> task) {
if (task != null) {
scanState &= ~SCANNING; // mark as busy
(currentSteal = task).doExec(); // 更新currentSteal並執行任務
U.putOrderedObject(this, QCURRENTSTEAL, null); // release for GC
execLocalTasks(); // 依次執行本地任務
ForkJoinWorkerThread thread = owner;
if (++nsteals < 0) // collect on overflow
transferStealCount(pool); // 增長偷取任務數
scanState |= SCANNING;
if (thread != null)
thread.afterTopLevelExec(); // 執行鉤子函數
}
}
1.首先調用FutureTask.deExec()執行任務，其內部會調用FutureTask.exec()方法，該方法爲抽象方法，由子類實現。
子類實現該方法時，通常會進行fork，致使生成子任務，並最終添加到調用線程自身地任務隊列中：
final int doExec() {
int s;
boolean completed;
if ((s = status) >= 0) {
try {
completed = exec(); // exec爲抽象方法, 由子類實現
} catch (Throwable rex) {
return setExceptionalCompletion(rex);
}
if (completed)
s = setCompletion(NORMAL);
}
return s;
}
2.除了執行竊取到的任務，工做線程還會執行本身隊列中的任務，即WorkQueue.execLocalTasks方法：
final void execLocalTasks() {
int b = base, m, s;
ForkJoinTask<?>[] a = array;
if (b - (s = top - 1) <= 0 && a != null &&
(m = a.length - 1) >= 0) {
if ((config & FIFO_QUEUE) == 0) { // LIFO, 從top -> base 遍歷執行任務
for (ForkJoinTask<?> t; ; ) {
if ((t = (ForkJoinTask<?>) U.getAndSetObject
(a, ((m & s) << ASHIFT) + ABASE, null)) == null)
break;
U.putOrderedInt(this, QTOP, s);
t.doExec();
if (base - (s = top - 1) > 0)
break;
}
} else // FIFO, 從base -> top 遍歷執行任務
pollAndExecAll();
}
}
構建線程池時的asyncMode參數，決定了工做線程執行自身隊列中的任務的方式。若是asyncMode == true，則以 FIFO的方式執行任務；不然，以 LIFO的方式執行任務。
任務結果獲取
ForkJoinTask.join()能夠用來獲取任務的執行結果。join方法的執行邏輯以下：
public final V join() {
int s;
if ((s = doJoin() & DONE_MASK) != NORMAL)
reportException(s);
return getRawResult();
}
能夠看到，內部先調用doJoin方法：
private int doJoin() {
int s;
Thread t;
ForkJoinWorkerThread wt;
ForkJoinPool.WorkQueue w;
return (s = status) < 0 ? s :
((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) ?
(w = (wt = (ForkJoinWorkerThread) t).workQueue).tryUnpush(this) && (s = doExec()) < 0 ? s :
wt.pool.awaitJoin(w, this, 0L) :
externalAwaitDone();
}
doJoin方法會判斷調用線程是不是工做線程：
1.若是是非工做線程調用的join，則最終調用externalAwaitDone()阻塞等待任務的完成。
2.若是是工做線程調用的join，則存在如下狀況：
- 若是須要join的任務已經完成，直接返回運行結果；
- 若是須要join的任務剛恰好是當前線程所擁有的隊列的top位置，則當即執行它。
- 若是該任務不在top位置,則調用awaitJoin方法等待
關鍵看下ForkJoinPool.awaitJoin等待過程當中發生了什麼：
final int awaitJoin(WorkQueue w, ForkJoinTask<?> task, long deadline) {
int s = 0;
if (task != null && w != null) {
ForkJoinTask<?> prevJoin = w.currentJoin; // 獲取給定Worker的join任務
U.putOrderedObject(w, QCURRENTJOIN, task); // 把currentJoin替換爲給定任務
// 判斷是否爲CountedCompleter類型的任務
CountedCompleter<?> cc = (task instanceof CountedCompleter) ?
(CountedCompleter<?>) task : null;
for (; ; ) {
if ((s = task.status) < 0) // 已經完成|取消|異常 跳出循環
break;
if (cc != null) // CountedCompleter任務由helpComplete來完成join
helpComplete(w, cc, 0);
else if (w.base == w.top || w.tryRemoveAndExec(task)) //嘗試執行
helpStealer(w, task); // 隊列爲空或執行失敗，任務可能被偷，幫助偷取者執行該任務
if ((s = task.status) < 0) // 已經完成|取消|異常，跳出循環
break;
// 計算任務等待時間
long ms, ns;
if (deadline == 0L)
ms = 0L;
else if ((ns = deadline - System.nanoTime()) <= 0L)
break;
else if ((ms = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(ns)) <= 0L)
ms = 1L;
if (tryCompensate(w)) { // 執行補償操做
task.internalWait(ms); // 補償執行成功，任務等待指定時間
U.getAndAddLong(this, CTL, AC_UNIT); // 更新活躍線程數
}
}
U.putOrderedObject(w, QCURRENTJOIN, prevJoin); // 循環結束，替換爲原來的join任務
}
return s;
}
ForkJoinPool.awaitJoin方法中有三個重要方法：
- tryRemoveAndExec
- helpStealer
- tryCompensate
這裏說下這三個方法的主要做用，不貼代碼了：
tryRemoveAndExec：
當工做線程正在等待join的任務時，它會從top位開始自旋向下查找該任務：
- 若是找到則移除並執行它；
- 若是找不到，說明說明任務可能被偷，則調用helpStealer方法反過來幫助偷取者執行它本身的任務。
helpStealer：
- 先定位的偷取者的任務隊列；
- 從偷取者的base索引開始，每次偷取一個任務執行。
tryCompensate：
tryCompensate主要用來補償工做線程由於阻塞而致使的算力損失，當工做線程自身的隊列不爲空，且還有其它空閒工做線程時，若是本身阻塞了，則在此以前會喚醒一個工做線程。
4、總結
本章和上一章——Fork/Join框架（1） 原理，從思想、使用、實現等方面較完整地分析了Fork/Join框架，Fork/Join框架的使用須要根據實際狀況劃分子任務的大小。
理解F/J框架須要先從總體上了解框架調度任務的流程（參考本章開頭的調度圖），能夠本身經過示例模擬一個任務的調度過程，而後根據實際運用過程當中遇到的問題，再去調試及在相應的源碼中查看實現原理。
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