fork join框架原理_jalor6框架教程

fork join框架原理_jalor6框架教程声明:本篇博客是在阅读了引用博客的两篇文章后做了简短的概括与归纳,只作为自己笔记文章目录一、思想二、工作窃取算法三、demo用例四、关键组件ForkJoinPoolForkJoinTaskForkJoinWorkerThreadWorkQueue五、Fork/Join运行流程图任务提交创建线程signalWork方法任务执行六、引用博客一、思想Fork/Join是Java7提供的并行执行…

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声明:本篇博客是在阅读了引用博客的两篇文章后做了简短的概括与归纳,只作为自己笔记

一、思想

Fork/Join是Java7提供的并行执行任务的框架,是一个把大人物分割成若干小任务,最终汇总小任务的结果得到大任务结果的框架

小任务可以继续拆分为更小的任务

二、工作窃取算法

1、工作窃取会选择双端队列作为存储任务的数据结构,默认正常线程会选择LIFO(栈获取)的方式,从当前双端队列的尾部获取任务;窃取线程会选择FIFO(队列获取)方式,从当前双端队列的头部获取任务

默认添加元素是从双端队列的尾部添加元素
在这里插入图片描述

三、demo用例

通过Fork/Join并行计算1+2+3+4

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

public class ForkjoinDemo extends RecursiveTask<Long> {
	private long start;
	private long end;
	public static final int THRESHOLD = 2;

	public ForkjoinDemo(long start, long end) {
		this.start = start;
		this.end = end;
	}

	@Override
	protected Long compute() {
		long sum = 0;
		boolean flag = (end - start) <= THRESHOLD;
		if (flag) {
			for (long i = start; i <= end; i++) {
				sum += i;
			}
		} else {
			long middle = (end + start) / 2;
			// divide task
			ForkjoinDemo leftTask = new ForkjoinDemo(start, middle);
			ForkjoinDemo rightTask = new ForkjoinDemo(middle+1 , end);
			// execute sub task
			leftTask.fork();
			rightTask.fork();
			// get result sub task
			long left = leftTask.join();
			long right = rightTask.join();
			sum = left + right;
		}
		return sum;
	}

	public static void main(String[] args) {
		ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
		ForkjoinDemo task = new ForkjoinDemo(1, 4);
		Future<Long> result = pool.submit(task);
		try {
			System.out.println(result.get());
		} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

四、关键组件

ForkJoinPool

(一)线程池的作用可能是用来合理分配线程资源:
1、接受外部任务的提交(外部调用ForkJoinPool的invoke/execute/submit方法提交任务);
2、接受ForkJoinTask自身fork出的子任务的提交;
3、任务队列数组(WorkQueue[])的初始化和管理;
4、工作线程(Worker)的创建/管理
(二)提交方式的差异:
invoke:同步提交,有返回值,任务执行完成后返回
submit:异步提交,有返回值,调用线程立即返回
execute:异步提交,无返回值,调用线程立即返回
(三)初始化线程池方式
1、FIFO_QUEUE:先进先出,异步模式
2、LIFO_QUEUE:(默认)先进后出,同步模式

ForkJoinTask

(一)子类
1、RecursiveAction:用于没有返回结果的任务
2、RecursiveTask:用于有返回结果的任务
(二)函数
1、fork()拆分为子任务
2、join()合并子任务

ForkJoinWorkerThread

任务处理原则:首先根据同步/异步模式从任务队列选择任务,如果完成自身任务,通过窃取算法获取其他线程的任务

WorkQueue

底层是通过数组实现的双端队列,容量为2的幂次,任务队列在首次调用线程池外部方法提交任务之后初始化任务队列,通过ThreadLocalRandom.probe来计算出任务队列在数组中的索引位置(外部方法调用产生的索引一定是偶数),没有绑定工作线程

1、有工作线程(Worker)绑定的任务队列:数组下标始终是奇数,称为task queue,该队列中的任务均由工作线程调用产生(工作线程调用FutureTask.fork方法);
2、没有工作线程(Worker)绑定的任务队列:数组下标始终是偶数,称为submissions queue,该队列中的任务全部由其它线程提交(也就是非工作线程调用execute/submit/invoke或者FutureTask.fork方法)。

五、Fork/Join运行流程图

在这里插入图片描述

任务提交

(一)外部提交任务
1、提交任务命中,externalPush
2、提交任务未命中,externalSubmit
CASE1:线程池已经关闭,则执行终止操作,并拒绝该任务的提交;
CASE2:线程池未初始化,则进行初始化,主要就是初始化任务队列数组;
CASE3:命中了任务队列,则将任务入队,并尝试创建/唤醒一个工作线程(Worker);
CASE4:未命中任务队列,则在偶数索引处创建一个任务队列
(二)工作线程fork任务:直接push进当前任务队列

创建线程signalWork方法

1、工作线程数不足:
创建一个工作线程:
(1)通过createWorker方法通过线程池工厂创建线程,在线程创建的过程中,registerWorker会创建一个工作队列与工作线程绑定,创建成功,则start线程;
(2)创建失败:则deregisterWorker注销该工作线程,清除已关闭的工作线程或回滚创建线程之前的操作,并把传入的异常抛给 ForkJoinTask 来处理。
2、工作线程数足够:唤醒一个空闲(阻塞)的工作线程。

任务执行

1、runWorker执行任务
(1)scan()窃取任务:随机选择一个任务队列,获取底部任务,任务数大于1,则signalWork创建或唤醒其他工作线程。
(2)成功窃取runTask:
         a.执行窃取任务:调用FutureTask.deExec()执行任务,其内部会调用FutureTask.exec()方法,该方法为抽象方法,由子类实现。
         b.工作线程还会执行自己队列中的任务,即WorkQueue.execLocalTasks
(3)未成功窃取awaitWork:没有任务则阻塞

六、引用博客

极力推荐并发系列博客:https://segmentfault.com/a/1190000016781127

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