什么是Fork/Join框架
Fork/Join框架是Java 7提供的一个用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
我们再通过Fork和Join这两个单词来理解一下Fork/Join框架。Fork就是把一个大任务切分为若干子任务并行的执行，Join就是合并这些子任务的执行结果，最后得到这个大任务的结果。比计算1+2+....+10000，可以分割成10个子任务，每个子任务分别对1000个数进行求和，最终汇总这10个子任务的结果。
可以思考一下，如果让我们来设计一个Fork/Join框架，该如何设计？
步骤1 分割任务。首先我们需要有一个fork类来把大任务分割成子任务，有可能子任务还是很大，所以还需要不停地分割，直到分割出的子任务足够小。
步骤2 执行任务并合并结果。分割的子任务分别放在双端队列里，然后几个启动线程分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都统一放在一个队列里，启动一个线程从队列里拿数据，然后合并这些数据。
Fork/Join使用两个类来完成以上两件事情。 ①ForkJoinTask：我们要使用ForkJoin框架，必须首先创建一个ForkJoin任务。它提供在任务中执行fork()和join()操作的机制。通常情况下，我们不需要直接继承ForkJoinTask类，只需要继承它的子类，Fork/Join框架提供了以下两个子类。
·RecursiveAction：用于没有返回结果的任务。 ·RecursiveTask：用于有返回结果的任务。
②ForkJoinPool：ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行。
任务分割出的子任务会添加到当前工作线程所维护的双端队列中，进入队列的头部。当一个工作线程的队列里暂时没有任务时，它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务。 下面来看代码执行:
/**
* @author xinyao.zeng
* @version 1.0
* @description:
* @since 2019/8/25 16:41
*/
public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> {
//阙值
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;
boolean canCompute=(end - start) < THRESHOLD;
if(canCompute){
for(int i=start;i<=end;i++){
sum+=i;
}
}else{
int middle=(end + start)/2;
CountTask task = new CountTask(start, middle);
CountTask task1 = new CountTask(middle + 1, end);
//执行子任务
task.fork();
task1.fork();
//等子任务执行完
Integer leftResult = task.join();
Integer rightResult = task1.join();
sum=leftResult+rightResult;
}
return sum;
}
public static void main(String[] args) {
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
CountTask countTask = new CountTask(1, 99);
Future<Integer> submit = forkJoinPool.submit(countTask);
try {
System.out.println(submit.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
异常处理
ForkJoinTask在执行的时候可能会抛出异常，但是我们没办法在主线程里直接捕获异常，ForkJoinTask提供了isCompletedAbnormally()方法来检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了，并且可以通过ForkJoinTask的getException方法获取异常。
if(task.isCompletedAbnormally())
{
System.out.println(task.getException());
}
getException方法返回Throwable对象，如果任务被取消了则返回CancellationException。如果任务没有完成或者没有抛出异常则返回null。
Fork/Join框架的实现原理
先看下类图
本质上它就是一个执行者在ForkJoinPool里面，有两个特别重要的成员如下:
volatile WorkQueue[] workQueues;
final ForkJoinWorkerThreadFactory factory;
ForkJoinPool由ForkJoinTask数组和ForkJoinWorkerThread数组组成，ForkJoinTask数组负责将存放程序提交给ForkJoinPool的任务，而ForkJoinWorkerThread数组负责执行这些任务。
（1）ForkJoinTask的fork方法实现原理
当调用ForkJoinTask的fork方法时程序调用ForkJoinWorkerThread的pushTask方法异步地执行这个任务，然后立即返回结果。代码如下。
public final ForkJoinTask<V> fork() {
Thread t;
//判断当前线程是否为ForkJoinWorkerThread
if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread)
((ForkJoinWorkerThread)t).workQueue.push(this);
else
ForkJoinPool.common.externalPush(this);
return this;
}
首先取到了当前线程，然后判断是否是我们的ForkJoinPool专用线程，如果是，则强制类型转换(向下转换)成ForkJoinWorkerThread，然后将任务推到这个线程负责的队列里面去。如果当前线程不是ForkJoinWorkerThread类型的线程，那么就会走别人之后的逻辑，大概的意思是首先尝试将任务提交给当前线程，如果不成功，则使用例外的处理方法.
（2）ForkJoinTask的join方法实现原理 Join方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。让我们一起看看ForkJoinTask的join方法的实现。
public final V join() {
int s;
if ((s = doJoin() & DONE_MASK) != NORMAL)
reportException(s);
return getRawResult();
}
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();
}
final int doExec() {
int s; boolean completed;
if ((s = status) >= 0) {
try {
completed = exec();
} catch (Throwable rex) {
return setExceptionalCompletion(rex);
}
if (completed)
s = setCompletion(NORMAL);
}
return s;
}
/**
* Implements execution conventions for RecursiveTask.
*/
protected final boolean exec() {
result = compute();
return true;
}
叉仅仅是分割任务，只有当我们执行加入的时候，我们的额任务才会被执行。
待续
