【框架】说一说 Fork/Join？

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目录

前言

什么是 Fork？

什么是 Join？

Fork/Join 的核心组件

Fork/Join 的工作流程

1. 创建 ForkJoinPool

2. 提交任务

3. 执行任务

4. 任务拆分与执行

5. 结果合并

Fork/Join 计算斐波那契数列

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前言

        Fork/Join 框架是 Java 7中引入的一个并行（同时）计算框架，主要用于处理递归式任务。

什么是 Fork？

        Fork 是指将一个大任务拆分成多个小任务并行（同时）执行

什么是 Join？

        Join 是指等待这些小任务执行完成，并将它们的结果合并

Fork/Join 的核心组件

• ForkJoinPool：整个框架的线程池，负责管理工作线程以及任务的调度和执行

• ForkJoinTask：可分解的任务，一般情况下通过基础 RecursiveTask（有返回结果）或 RecursiveAtion（无返回结果）来实现具体的任务

• ForkJoinWorkerThread ：工作线程，负责执行 ForkJoinTask 中的任务

Fork/Join 的工作流程

1. 创建 ForkJoinPool

• 创建一个 ForkJoinPool 对象，一般情况下使用默认的构造函数创建一个适合当前系统环境的 ForkJoinPool

2. 提交任务

• 将需要执行的任务提交给 ForkJoinPool，通常通过 invoke 方法或者 submit 方法来提交任务

3. 执行任务

• ForkJoinPool 会将任务分配给其内部的 ForkJoinWorkerThread 来执行。每个工作线程都会从任务队列中获取任务并执行

4. 任务拆分与执行

• 在任务的执行过程中，如果存在需要拆分的子任务，工作线程会调用任务的 fork 方法将子任务提交给 ForkJoinPool
• ForkJoinPool 会根据工作窃取算法，将子任务分配给其他空闲的工作线程执行，从而实现任务的并行执行

5. 结果合并

• 当子任务执行完成后，工作线程会调用任务的 join 方法等待子任务的执行结果
• 如果存在必要，结果合并的过程也可以递归进行，直到得到最终的结果

Fork/Join 计算斐波那契数列

// 继承 RecursiveTask 来实现可返回结果的任务
public class FibonacciTask extends RecursiveTask<Integer> {
    private int n;

    public FibonacciTask(int n) {
        this.n = n;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if (n <= 1) {
            return n;
        } else {
            FibonacciTask task1 = new FibonacciTask(n - 1);
            task1.fork(); // 拆分任务

            FibonacciTask task2 = new FibonacciTask(n - 2);
            return task2.compute() + task1.join(); // 合并结果
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        int n = 10;

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();

        FibonacciTask fibonacciTask = new FibonacciTask(n);

        int result = forkJoinPool.invoke(fibonacciTask); // 同步执行任务并获取结果

        System.out.println("位于" + n + "处的斐波那契数为：" + result);

    }

}

解读：

• 定义 FibonacciTask 类，继承自 RecursiveTask,用于计算斐波那契数列第 n 个数
• 在 compute() 方法中，判断如果 n 小于等于 1，则返回 n
• 否则，将任务拆分为两个部分，分表计算第 n-1 和 第 n-2 个斐波那契数
• 通过 join() 方法等待第 n-1 的计算结果完成后将结果合并