Java 中如何使用 Fork/Join 框架？

淡淡的烟草味﹌ 2024-03-22 16:03 105阅读 0赞

什么是 Fork/Join 框架？

Fork/Join 框架是 Java 7 中引入的一个用于并行计算的框架。它基于工作窃取算法（work-stealing algorithm），可以将一个大任务拆分成多个小任务交给多个线程并行执行，然后将结果汇总返回。Fork/Join 框架的核心思想是将一个大任务拆分成多个小任务，然后将小任务分配给不同的线程执行，线程在执行完自己的任务后会尝试“窃取”其他线程尚未执行的任务，以保证所有线程的负载均衡。

![在这里插入图片描述][9852eef2d4864b6fbd96eb4f8712cf98.png]

Fork/Join 框架的使用场景通常是需要处理的任务比较大且计算密集型，可以通过并行计算来提高计算速度。在 Java 中，Fork/Join 框架主要用于处理数组、列表等数据结构的计算任务。

Java 中如何使用 Fork/Join 框架？

Java 中使用 Fork/Join 框架的主要步骤包括以下几个方面：

### 定义任务类 ###

Fork/Join 框架中的任务类需要继承自`RecursiveTask`或`RecursiveAction`类。其中，`RecursiveTask`类用于有返回值的任务，`RecursiveAction`类用于没有返回值的任务。任务类需要实现`compute()`方法，该方法是具体的计算逻辑。

例如，下面是一个计算斐波那契数列的任务类：

import java.util.concurrent.RecursiveTask;
    
    public class FibonacciTask extends RecursiveTask<Integer> {
    
        private final int n;
    
        public FibonacciTask(int n) {
            this.n = n;
        }
    
        @Override
        protected Integer compute() {
            if (n <= 1) {
                return n;
            } else {
                FibonacciTask f1 = new FibonacciTask(n - 1);
                FibonacciTask f2 = new FibonacciTask(n - 2);
                f##fork();
                int result2 = f2.compute();
                int result1 = f##join();
                return result1 + result2;
            }
        }
    }

在上面的代码中，`FibonacciTask`类继承自`RecursiveTask`类，`compute()`方法实现了斐波那契数列的计算逻辑。如果`n`的值小于等于 1，则直接返回`n`。否则，创建两个新的任务`f1`和`f2`，分别计算`n - 1`和`n - 2`的斐波那契数列，然后调用`f##fork()`启动`f1`的计算，并在当前线程中计算`f2`的结果。最后使用`f##join()`等待`f1`计算完成，并将`f1`和`f2`的结果相加返回。

### 创建 ForkJoinPool 对象 ###

Fork/Join 框架需要使用`ForkJoinPool`对象来管理线程池和任务队列。可以使用`Executors.newWorkStealingPool()`方法创建一个默认的 ForkJoinPool 对象，也可以使用`ForkJoinPool`类的构造方法创建自定义的 ForkJoinPool 对象。

例如，下面是创建一个默认的 ForkJoinPool 对象的示例代码：

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
    
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            ForkJoinPool pool = Executors.newWorkStealingPool();
            FibonacciTask task = new FibonacciTask(10);
            int result = pool.invoke(task);
            System.out.println(result);
        }
    }

在上面的代码中，`Executors.newWorkStealingPool()`方法创建了一个默认的 ForkJoinPool 对象，`FibonacciTask`类是上一步定义的斐波那契数列任务类，`pool.invoke(task)`方法启动任务的执行，并等待任务完成。最后将计算结果打印出来。

### 提交任务 ###

创建 ForkJoinPool 对象后，需要将任务提交给 ForkJoinPool 对象执行。可以使用`invoke()`方法、`submit()`方法或`execute()`方法提交任务。

例如，下面是使用`invoke()`方法提交任务的示例代码：

java

Copy

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
    
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            ForkJoinPool pool = Executors.newWorkStealingPool();
            FibonacciTask task = new FibonacciTask(10);
            int result = pool.invoke(task);
            System.out.println(result);
        }
    }

在上面的代码中，`pool.invoke(task)`方法提交了任务，并等待任务完成。最后将计算结果打印出来。

### 处理任务结果 ###

在任务计算完成后，需要获取计算结果。可以通过任务类的返回值或通过`join()`方法获取计算结果。

例如，下面是获取任务计算结果的示例代码：

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
    
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            ForkJoinPool pool = Executors.newWorkStealingPool();
            FibonacciTask task = new FibonacciTask(10);
            pool.execute(task);
            int result = task.join();
            System.out.println(result);
        }
    }

在上面的代码中，`pool.execute(task)`方法提交任务，然后使用`task.join()`方法等待任务完成，并获取计算结果。最后将计算结果打印出来。

Fork/Join 框架的优点是可以自动利用多核处理器来提高计算性能，而且不需要手动维护线程池和任务队列。但是，它并不适合所有类型的任务，对于 IO 密集型任务或者需要大量等待的任务，Fork/Join 框架的效率可能不如传统的线程池框架。因此，在使用 Fork/Join 框架时，需要根据实际任务类型和计算需求进行评估和选择。

附代码：

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
    import java.util.concurrent.RecursiveTask;
    
    public class FibonacciTask extends RecursiveTask<Integer> {
    
        private final int n;
    
        public FibonacciTask(int n) {
            this.n = n;
        }
    
        @Override
        protected Integer compute() {
            if (n <= 1) {
                return n;
            } else {
                FibonacciTask f1 = new FibonacciTask(n - 1);
                FibonacciTask f2 = new FibonacciTask(n - 2);
                f##fork();
                int result2 = f2.compute();
                int result1 = f##join();
                return result1 + result2;
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            ForkJoinPool pool = Executors.newWorkStealingPool();
            FibonacciTask task = new FibonacciTask(10);
            int result = pool.invoke(task);
            System.out.println(result);
        }
    }

[9852eef2d4864b6fbd96eb4f8712cf98.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/59533a7ab0034377863f2a34f5d8f02e.png

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