剖析Fork join并发框架工作窃取算法

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。