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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子任务，最终汇总每个子任务的执行结果以得到大任务结果的框架。Fork/Join框架要完成两件事情：
任务分割：Fork/Join框架需要把任务分割成足够小的子任务，如果子任务比较大，就对子任务继续分割；
执行任务并合并结果：分割的子任务分别放到双端队列里，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放在另外一个队列里，启动一个线程从队列里取数据，然后合并这些数据。
简单的说，ForkJoin其核心思想就是分治。Fork分解任务，Join收集数据。
图1 Fork/Join工作模型
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(工作窃取算法)。工作窃取算法充分利用线程进行并行计算，减少了线程间的竞争。
子任务中应该避免使用synchronized关键词或其它方式的同步。也不应该是一阻塞IO或过多的访问共享变量。在理想情况下，每个子任务的实现过程中都应该只进行CPU相关的计算，并且只适用每个问题的内部对象。唯一的同步应该只发生在子任务和创建它的父问题之间。
在Java的Fork/Join框架中，使用两个类ForkJoinPool和ForkJoinTask完成上述操作。ForkJoinPool是ExecutorService的实现类，因此是一种特殊的线程池，使用方法与Executor框架类似。而ForkJoinTask类提供了在任务中执行fork和join的机制，需要通过ForkJoinPool来执行。通常情况下，不需要直接继承ForkJoinTask类，只需要继承它的子类，Fork/Join框架提供了两个主要的接口：
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，而ForkJoinWorkerThread负责执行这些任务。
ForkJoinTask的Fork方法的实现原理：当我们调用ForkJoinTask的fork方法时，程序会把任务放在ForkJoinWorkerThread的pushTask的workQueue中，异步地执行这个任务，然后立即返回结果，代码如下：
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public final ForkJoinTask<V> fork() { Thread t; if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) ((ForkJoinWorkerThread)t).workQueue.push(this); else ForkJoinPool.common.externalPush(this); return this; } |
pushTask方法把当前任务存放在ForkJoinTask数组队列里。然后再调用ForkJoinPool的signalWork()方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务。代码如下：
final void push(ForkJoinTask<?> task) { ForkJoinTask<?>[] a; ForkJoinPool p; int b = base, s = top, n; if ((a = array) != null) { // ignore if queue removed int m = a.length - 1; // fenced write for task visibility U.putOrderedObject(a, ((m & s) << ASHIFT) + ABASE, task); U.putOrderedInt(this, QTOP, s + 1); if ((n = s - b) <= 1) { if ((p = pool) != null) p.signalWork(p.workQueues, this); } else if (n >= m) growArray(); } }
Join方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。源码如下：
public final V join() { int s; if ((s = doJoin() & DONE_MASK) != NORMAL) reportException(s); return getRawResult(); }
它首先调用doJoin方法，通过doJoin()方法得到当前任务的状态来判断返回什么结果，任务状态有4种：已完成（NORMAL）、被取消（CANCELLED）、信号（SIGNAL）和出现异常（EXCEPTIONAL）。
让我们分析一下doJoin方法的实现：
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(); }
在doJoin()方法里，首先通过查看任务的状态，看任务是否已经执行完成，如果执行完成，则直接返回任务状态；如果没有执行完，则从任务数组里取出任务并执行。如果任务顺利执行完成，则设置任务状态为NORMAL，如果出现异常，则记录异常，并将任务状态设置为EXCEPTIONAL。
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，所以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。使用如下代码：
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。
public final Throwable getException() { int s = status & DONE_MASK; return ((s >= NORMAL) ? null : (s == CANCELLED) ? new CancellationException() : getThrowableException()); }
我们通过一个简单的例子来介绍一下Fork/Join框架的使用。需求：计算1+2+3+…+100的结果。
因为是有结果的任务，所以必须继承RecursiveTask。
import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.ForkJoinPool; import java.util.concurrent.Future; import java.util.concurrent.RecursiveTask; public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> { private static final long serialVersionUID = 4880649443549126247L; private static final int THRESHOLD = 10; private int start; private int end; public CountTask(int start, int end) { super(); 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 = (start + end) / 2;
// 递归 CountTask leftTask = new CountTask(start, middle); CountTask rightTask = new CountTask(middle + 1, end); leftTask.fork(); rightTask.fork(); int leftResult = leftTask.join(); int rightResult = rightTask.join(); sum = leftResult + rightResult; } return sum; } public static void main(String[] args) { ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(); CountTask task = new CountTask(1, 100); Future<Integer> result = forkJoinPool.submit(task); try { System.out.println(result.get()); } catch (InterruptedException | ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } if (task.isCompletedAbnormally()) { System.out.println(task.getException()); } } }
通过这个例子，我们进一步了解ForkJoinTask，ForkJoinTask与一般任务的主要区别在于它需要实现compute方法，在这个方法里，首先需要判断任务是否足够小，如果足够小就直接执行任务；否则，递归分割任务，直到任务足够小。最后，使用join方法会等待子任务执行完并得到其结果。
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原文地址：https://www.cnblogs.com/east7/p/10373892.html
