Java7提供的并行执行任务框架：Fork、Join框架

1、定义

Fork/join主要是Java7提供的一个并行执行任务的框架，Fork就是把一个大任务切分为诺干子任务并行的执行，Join就是合并这些子任务的执行结果，最后获得大任务的结果。

若是1+2+3+……+10000 能够分割成10个子任务，每一个子任务分别对1000个数进行求和，最终汇总这10个子任务的结果。

2、实现

需求：计算1+2+3+4

使用Fork、Join框架首先要考虑到时如何分割任务，若是但愿每一个子任务最多执行两个数的相加，那么咱们设置分割的阈值是2，因为4个数字相加，因此这个框架会把这个任务fork成两个子任务，子任务一负责计算1+2，子任务二负责计算3+4，而后再join两个子任务的结果，由于是有结果的任务，因此必须继承RecursiveTask，具体实现代码以下：

public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> {

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;
//若是任务足够小就计算任务
boolean canCompute = (end - start) <= THRESHOLD;
        if (canCompute) {
for (int i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
}
        } else {
//若是任务大于阈值，就分裂成两个子任务计算
int middle = (start + end) / 2;
CountTask leftTask = new CountTask(start, middle);
CountTask rightTask = new CountTask(middle + 1, end);
//执行子任务
leftTask.fork();
rightTask.fork();
//等待子任务执行完，并获得其结果
int leftResult = leftTask.join();
            int rightResult = rightTask.join();
//合并子任务
sum = leftResult + rightResult;
}
return sum;
}
}复制代码

public static void main(String[] strs) {

    ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
//生成一个计算任务，负责计算1+2+3+4
CountTask task = new CountTask(1, 4);
//执行一个任务
Future<Integer>  result = forkJoinPool.submit(task);
    try {
        System.out.println(result.get());
} catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
}

if(task.isCompletedAbnormally()){
        System.out.println(task.getException());
}

}复制代码

经过这个例子，咱们进一步了解了ForkJoinTask，ForkJoinTask与通常任务的主要区别在于它须要实现compute方法，在这个方法里，首先须要判断任务是否足够小，若是足够小就直接执行任务，若是不足够小，就必须分割成两个子任务，每一个子任务在调用fork方法时，又会进入compute方法，看看当前子任务是否须要继续分割成子任务，若是不须要继续分割，则执行当前子任务并返回结果，使用join方法会等待子任务执行完并获得其结果。

ForkJoinTask在执行任务的时候可能会抛出异常，可是咱们没办法在主线程里直接捕获异常，因此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，而且能够经过ForkJoinTask的getException方法捕获异常

3、实现原理

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

当咱们调用ForkJoinTask的fork方法时，程序会调用ForkJoinWorkerThread的pushTask方法异步的执行这个任务，而后当即返回结果，代码以下：

public final ForkJoinTask<V> fork() {
    ((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread())
        .pushTask(this);
    return this;
}复制代码

pushTask方法把当前任务存放在ForkJoinTask数组队列里。而后再调用ForkJoinPool的signalWork()方法唤醒或建立一个工做线程来执行任务，代码以下：

final void pushTask(ForkJoinTask<?> t) {
    ForkJoinTask<?>[] q; int s, m;
    if ((q = queue) != null) {    // ignore if queue removed
        long u = (((s = queueTop) & (m = q.length - 1)) << ASHIFT) + ABASE;
        UNSAFE.putOrderedObject(q, u, t);
        queueTop = s + 1;         // or use putOrderedInt
        if ((s -= queueBase) <= 2)
            pool.signalWork();
        else if (s == m)
            growQueue();
    }
}复制代码

（2）.ForkJoinTask的join方法实现原理

Join方法的主要做用是阻塞当前线程并等待获取结果。让咱们一块儿看看ForkJoinTask的join方法的实现，代码以下：

public final V join() {
    if (doJoin() != NORMAL)
        return reportResult();
    else
        return getRawResult();
}复制代码

private V reportResult() {
    int s; Throwable ex;
    if ((s = status) == CANCELLED)
        throw new CancellationException();
    if (s == EXCEPTIONAL && (ex = getThrowableException()) != null)
        UNSAFE.throwException(ex);
    return getRawResult();
}复制代码

首先，它调用了doJoin方法，经过doJoin()方法获得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）.

①：若是任务状态是已完成，则直接返回任务结果

②：若是任务状态是被取消，则直接抛出CancellationException

③：若是任务状态是抛出异常，则直接抛出对应的异常

doJoin方法代码以下：

private int doJoin() {
    Thread t; ForkJoinWorkerThread w; int s; boolean completed;
    if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) {
        if ((s = status) < 0)
            return s;
        if ((w = (ForkJoinWorkerThread)t).unpushTask(this)) {
            try {
                completed = exec();
            } catch (Throwable rex) {
                return setExceptionalCompletion(rex);
            }
            if (completed)
                return setCompletion(NORMAL);
        }
        return w.joinTask(this);
    }
    else
        return externalAwaitDone();
}复制代码

在doJoin（）方法里，首先经过查看任务的状态，看任务是否已经执行完成，若是执行完成，则直接返回任务状态，若是没有执行完，则从任务数组里取出任务并执行，若是任务顺利执行完成，则设置任务状态为NORMAL，若是出现异常，则记录异常，并将任务状态设置为EXCEPTION.