JUC - 多线程之ForkJoin

ForkJoin

ForkJoin是在Java7提供的一个用于并行执行任务的框架，ForkJoin从字面意思上看Fork是分叉的意思，Join是结合的意思，核心思想就是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，其实现思想与MapReduce差不多。

ForkJoin体系中最为关键的就是ForkJoinTask和ForkJoinPool，ForkJoin就是利用分治的思想将大的任务按照一定规则Fork拆分成小任务，再通过Join聚合起来；

ForkJoin最经典的一个应用就是Java8中的Stream，我们知道Stream分为串行流和并行流，其中并行流parallelStream就是依赖于ForkJoin来实现并行处理的；

Forkjoin主要使用两个类

1、ForkJoinTask

ForkJoinTask : 基本任务，使用fork、join框架必须创建的对象，提供fork,join操作，常用的三个子类如下：

• RecursiveAction：无结果返回的任务
• RecursiveTask：有返回结果的任务
• CountedCompleter：无返回值任务，完成任务后可以触发回调

ForkJoinTask提供了两个重要的方法：

（1）fork：让task异步执行，类似于线程的Thread.start()方法，但是它不是真的启动一个线程，而是将任务放入到工作队列中。

（2）join：让task同步执行，可以获取返回值，类似于线程的Thread.join()方法，但是他不是简单的阻塞线程，而是利用工作线程运行其他任务，当一个工作线程调用了join()方法，它将处理其他任务，直到注意到目标子任务已经完成了。

2、ForkJoinPool

ForkJoinPool:专门用来运行ForkJoinTesk的线程池，在实际使用，也可以接受Runnable/Callable任务，但是在真正运行时，也会把这些任务封装成ForkJoinTesk类型的任务；

这是ForkJoin框架的核心，是ExecutorService的一个实现，用于管理工作线程，并提供一些工具来帮助获取有关线程池状态和性能的信息，工作线程异常只能执行一个任务；

ForkJoinPool并不会为每一个子任务创建一个单独的线程，相反，线程池中的每个线程都有自己的双端队列用于存储任务（double-ended queue）.

这种架构使用了一种名为工作窃取（work-stealing）算法来平衡线程的工作负载。

3、ForkJoinPool内部原理

ForkJoinPool内部使用的是“工作窃取”算法实现的。

• 每个工作线程都有自己的工作队列WorkQueue
• 这是一个双端队列，它是线程私有的
• ForkJoinTesk中的fork子任务，将放入运行任务的工作线程的队头，工作线程将以LIFO的顺序来处理工作队列中的任务
• 为了最大化地利用CPU，空闲的线程将从其他线程的队列中“窃取”任务来执行
• 从工作队列的尾部窃取任务，以减少竞争
• 双端队列的操作：push()/pop()仅在其所有者工作线程中调用，poll()是由其他线程窃取任务时调用的；
• 当只剩下最后一个任务时，还是会存在竞争是通过CAS来实现的；

总结

• 最适合的是计算密集型任务；
• 在需要阻塞工作线程时，可以使用ManagedBlocker；
• 不应该在RecursiveTask的内部使用ForkJoinPool.invoke()/invokeAll()；
• ForkJoinPool特别适合于“分而治之”算法的实现；
• ForkJoinPool和ThreadPoolExecutor是互补的，不是谁替代谁的关系，二者适用的场景不同；
• ForkJoinTask有两个核心方法——fork()和join()，有三个重要子类——RecursiveAction、RecursiveTask和CountedCompleter；
• ForkjoinPool内部基于“工作窃取”算法实现；
• 每个线程有自己的工作队列，它是一个双端队列，自己从队列头存取任务，其它线程从尾部窃取任务；
• RecursiveTask内部可以少调用一次fork()，利用当前线程处理，这是一种技巧；

什么是ManageBlocker

ManagedBlocker相当于明确告诉ForkJoinPool框架要阻塞了，ForkJoinPool就会启另一个线程来运行任务，以最大化地利用CPU。