Java并发编程之Fork/Join框架的理解

什么是Fork/Join框架？

Fork/Join框架是Java7引入的一种并行执行任务的机制，它通过将一个大任务分割成若干个小任务来并行地执行这些小任务，最终把这些小任务的结果合并起来得到大任务的结果。这种方式可以充分利用多核处理器的性能，加速任务执行速度，是一种高效的多线程编程方式。

Fork/Join框架的使用方法

要使用Fork/Join框架，需要继承RecursiveTask或RecursiveAction类，并实现它们的compute()方法，该方法将会返回计算结果或不返回结果。

• RecursiveTask：有返回值的任务，继承自ForkJoinTask类，调用invoke()方法时有返回值。
• RecursiveAction：无返回值的任务，继承自ForkJoinTask类，调用invoke()方法时不返回结果。

示例代码：

// 继承RecursiveTask类，实现有返回值的任务
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;
        if (end - start <= THRESHOLD) {
            for (int i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
        } else {
            int middle = (start + end) / 2;
            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;
    }
}

在compute()方法中，首先判断当前任务是否小于阈值，如果小于阈值则直接计算出结果；如果大于阈值，则将任务分成两个子任务，子任务继续拆分直到满足阈值条件，然后将子任务分别调用fork()方法和join()方法，fork()将子任务压入线程池，join()方法等待子任务执行完成并得到返回结果。

示例1：计算1到10的和

public static void main(String[] args) {
    ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
    CountTask task = new CountTask(1, 10);
    int result = forkJoinPool.invoke(task);
    System.out.println("1+2+3+...+10=" + result);
}

以上代码中，使用ForkJoinPool作为线程池，CountTask对1到10进行求和，最终结果通过invoke()方法返回。

示例2：归并排序

// 继承RecursiveTask类，实现归并排序的任务
class MergeSortTask extends RecursiveTask<int[]> {
    private int[] array;

    public MergeSortTask(int[] array) {
        this.array = array;
    }

    @Override
    protected int[] compute() {
        if (array.length <= 1) {
            return array;
        }
        int middle = array.length / 2;
        MergeSortTask leftTask = new MergeSortTask(Arrays.copyOfRange(array, 0, middle));
        MergeSortTask rightTask = new MergeSortTask(Arrays.copyOfRange(array, middle, array.length));
        leftTask.fork();
        rightTask.fork();
        int[] leftResult = leftTask.join();
        int[] rightResult = rightTask.join();
        return merge(leftResult, rightResult);
    }

    // 归并排序的合并方法
    private int[] merge(int[] left, int[] right) {
        int[] result = new int[left.length + right.length];
        int i = 0, j = 0, k = 0;
        while (i < left.length && j < right.length) {
            if (left[i] < right[j]) {
                result[k++] = left[i++];
            } else {
                result[k++] = right[j++];
            }
        }
        while (i < left.length) {
            result[k++] = left[i++];
        }
        while (j < right.length) {
            result[k++] = right[j++];
        }
        return result;
    }
}

以上代码中，定义了一个归并排序的任务MergeSortTask，compute()方法将原数组分成两个子数组，然后将两个子任务分别fork()到线程池中执行，最终将两个子任务的结果通过归并排序的merge()方法合并成一个有序的数组。

总结

Fork/Join框架是Java7引入的一种并发执行任务的机制，它是一种高效的多线程编程方式。要使用Fork/Join框架，需要继承RecursiveTask或RecursiveAction类，并实现它们的compute()方法。在compute()方法中，需要对任务进行拆分，将子任务fork()到线程池中执行，并通过join()方法等待子任务完成并得到返回结果。