剖析Fork/Join并发框架工作窃取算法
什么是Fork/Join并发框架
Fork/Join并发框架是Java SE 7加入的一个用于并行执行任务的框架。这个框架的核心思想是:将一个大的任务拆分成若干个小任务分别执行,最后将执行结果汇总。
工作窃取算法
工作窃取算法(Work Stealing Algorithm)是Fork/Join并发框架中实现任务调度的核心算法。在该算法中,每个线程维护一个待执行任务的任务队列,线程从头部取任务执行。当一个线程执行完自己的任务队列中所有的任务后,它就会从其他线程的队列中窃取任务。
工作请求协议
工作请求协议(Work-Stealing Protocols)规定窃取者(helper)线程如何寻找任务以及何时窃取。在Fork/Join并发框架中,有以下两种工作请求协议:
- FIFO模式:即优先窃取其他线程的最新添加的任务,新任务总是添加在任务队列的尾部。
- LIFO模式:即优先窃取其他线程的最老的任务,新任务总是添加在任务队列的头部。
示例说明
下面通过两个示例说明Fork/Join并发框架工作窃取算法。
示例一:计算斐波那契数列
public class FibonacciTask extends RecursiveTask<Integer> {
private final int n;
public FibonacciTask(int n) {
this.n = n;
}
@Override
protected Integer compute() {
if (n <= 1) {
return n;
}
FibonacciTask f1 = new FibonacciTask(n - 1);
f1.fork();
FibonacciTask f2 = new FibonacciTask(n - 2);
f2.fork();
return f1.join() + f2.join();
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
FibonacciTask task = new FibonacciTask(10);
int result = pool.invoke(task);
System.out.println("The result is " + result);
}
}
在这个示例中,我们通过递归分解求解10阶的斐波那契数列,使用fork和join方法来拆分和汇总任务,最终输出结果为“55”。
示例二:合并多个有序列表
public class MergeSortTask extends RecursiveAction {
private int[] array;
private int left;
private int right;
public MergeSortTask(int[] array, int left, int right) {
this.array = array;
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
protected void compute() {
if (left < right) {
int middle = left + (right - left) / 2;
MergeSortTask leftTask = new MergeSortTask(array, left, middle);
MergeSortTask rightTask = new MergeSortTask(array, middle + 1, right);
leftTask.fork();
rightTask.fork();
leftTask.join();
rightTask.join();
merge(array, left, middle, right);
}
}
private void merge(int[] array, int left, int middle, int right) {
int[] temp = new int[array.length];
int i = left;
int j = middle + 1;
int k = left;
while (i <= middle && j <= right) {
if (array[i] < array[j]) {
temp[k++] = array[i++];
} else {
temp[k++] = array[j++];
}
}
while (i <= middle) {
temp[k++] = array[i++];
}
while (j <= right) {
temp[k++] = array[j++];
}
for (int l = left; l <= right; l++) {
array[l] = temp[l];
}
}
public static void main(String[] args) {
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
int[] array = new int[]{2, 3, 6, 4, 1, 8, 7, 5};
pool.invoke(new MergeSortTask(array, 0, array.length - 1));
for (int i : array) {
System.out.print(i + " ");
}
}
}
在这个示例中,我们通过递归拆分、合并两个有序数组,最终得到一整个有序列表。我们使用fork、join方法来调用子任务,从而让多个子任务并行执行,最终得到有序列表。运行结果为"1 2 3 4 5 6 7 8 "。
以上就是关于Fork/Join并发框架工作窃取算法的完整攻略。
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