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java分治思想之ForkJoin怎么应用

更新时间：2023-11-07

引言：

Fork/Join是一种并行编程模型，是Java SE 7中新加入的一个特性，用于简化并行任务的编写。它基于分治（Divide and Conquer）思想，将一个大任务划分成若干小任务，然后将这些小任务分配给不同的线程并行执行。Fork/Join框架利用多核处理器的优势，提高了任务执行的效率和性能。

基本概念和使用场景：

Fork/Join框架包括两个关键概念：任务（Task）和工作窃取（Work-Stealing）。 任务是可以被并行执行的单位，通常是一个可分解的子任务。工作窃取是指在执行一个任务的线程窃取其他线程队列中的任务来执行，以保持线程的忙碌状态，从而提高并行度。 Fork/Join框架适用于任务可以被划分为若干小任务，且这些小任务可以并行执行的场景，例如任务的递归计算，大规模数据的并行处理等。

Fork/Join框架的使用：

1. 继承RecursiveTask或RecursiveAction类：在使用Fork/Join框架编写任务时，需要继承RecursiveTask（有返回值）或RecursiveAction（无返回值）类。这些类提供了必要的方法和接口用于定义任务的执行逻辑。 2. 实现compute方法：在继承RecursiveTask或RecursiveAction类后，需要实现compute方法，该方法用于定义任务的执行逻辑。在compute方法中，首先需要判断是否需要继续拆分任务，若不需要拆分，则直接执行任务逻辑；否则，将任务拆分为若干子任务，并使用invokeAll方法并行执行这些子任务。 3. 划分任务：在实现compute方法时，需要根据任务的特性划分任务。通常可以将任务划分为两个子任务，并通过调用invokeAll方法并行执行这些子任务。 4. 合并结果：如果任务具有返回值，那么在调用invokeAll之后需要合并子任务的结果并返回。可以使用ForkJoinTask类的get方法获取子任务的结果，并根据需求进行聚合操作。 
import java.util.concurrent.*;

public class MyTask extends RecursiveTask {
    private static final int THRESHOLD = 100;

    private int[] array;
    private int start;
    private int end;

    public MyTask(int[] array, int start, int end) {
        this.array = array;
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if (end - start <= THRESHOLD) { // 当任务足够小，直接执行任务逻辑
            int sum = 0;
            for (int i = start; i < end; i++) {
                sum += array[i];
            }
            return sum;
        } else { // 拆分任务并并行执行
            int mid = (start + end) / 2;
            MyTask leftTask = new MyTask(array, start, mid);
            MyTask rightTask = new MyTask(array, mid, end);

            invokeAll(leftTask, rightTask); // 并行执行子任务

            int leftResult = leftTask.join(); // 获取左子任务的结果
            int rightResult = rightTask.join(); // 获取右子任务的结果

            return leftResult + rightResult; // 合并子任务的结果
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        int[] array = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

        MyTask myTask = new MyTask(array, 0, array.length);

        int result = forkJoinPool.invoke(myTask); // 执行任务并获取结果
        System.out.println("Result: " + result);
    }
}

总结：

Fork/Join框架是Java中一种高效的并行编程模型，基于分治思想，能够充分利用多核处理器的优势，提高任务执行的效率和性能。使用Fork/Join框架，首先需要继承RecursiveTask或RecursiveAction类，实现compute方法来定义任务的执行逻辑。然后根据任务的特性划分任务，并使用invokeAll方法并行执行子任务。最后，在需要返回结果的情况下，合并子任务的结果并返回。Fork/Join框架适用于任务可以被划分为若干小任务，且这些小任务可以并行执行的场景。通过合理划分任务和利用工作窃取技术，我们可以实现高效的并行计算和处理大规模数据的任务。

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