1 工作原理

1.1 核心思想

Fork/Join框架是Java 7提供的一个用于并行执行任务的框架，核心思想就是把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果，其实现思想与MapReduce有异曲同工之妙。

比如，计算1+2+…＋10000，可以分割成10个子任务，每个子任务分别对1000个数进行求和，最终汇总这10个子任务的结果。

Fork/Join的运行流程图如下：

1.2 工作窃取算法

Fork/Join框架使用一个巧妙的算法来平衡线程的负载，称为工作窃取（work-stealing）算法。工作窃取的运行流程图如下：

假如我们需要做一个比较大的任务，我们可以把这个任务分割为若干互不依赖的子任务，为了减少线程间的竞争，于是把这些子任务分别放到不同的队列里，并为每个队列创建一个单独的线程来执行队列里的任务，线程和队列一一对应，比如A线程负责处理A队列里的任务。
但是有的线程会先把自己队列里的任务干完，而其他线程对应的队列里还有任务等待处理。干完活的线程与其等着，不如去帮其他线程干活，于是它就去其他线程的队列里窃取一个任务来执行。
而在这时它们会访问同一个队列，所以为了减少窃取任务线程和被窃取任务线程之间的竞争，通常会使用双端队列。被窃取任务线程永远从双端队列的头部拿任务执行，而窃取任务的线程永远从双端队列的尾部拿任务执行。
工作窃取算法的优点是充分利用线程进行并行计算，并减少了线程间的竞争，其缺点是在某些情况下还是存在竞争，比如：双端队列里只有一个任务时。并且消耗了更多的系统资源，比如创建多个线程和多个双端队列。

1.3 内部构成

Fork/Join框架主要由两部分组成（分别使用2个类来实现）：

1.3.1 分割任务(ForkJoinTask)

分割任务。首先，我们需要有一个fork类来把大任务分割成子任务，有可能子任务还是很大，所以还需要不停的分割，直到分割出的子任务足够小。

我们要使用ForkJoin框架，必须首先创建一个ForkJoin任务。它提供在任务中执行 fork() 和 join()操作的机制。通常情况下，我们不需要直接继承ForkJoinTask类，而只需要继承其子类，Fork/Join框架提供了以下两个子类：

RecursiveAction：用于没有返回结果的任务。

RecursiveTask ：用于有返回结果的任务。

1.3.2 执行任务并合并结果(ForkJoinPool)

执行任务并合并结果。分割的子任务分别放在双端队列里，然后几个启动线程分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都统一放在一个队列里，启动一个线程从队列里拿数据，然后合并这些数据。

ForkJoinPool 需要通过ForkJoinPool来执行，任务分割出的子任务会添加到当前工作线程所维护的双端队列中，进入队列的头部。当一个工作线程的队列里暂时没有任务时，它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务。

1.4 源码解读【待完善】

1.4.1 ForkJoinPool

ForkJoinPool代表一个需要执行的任务，真正执行这些任务的线程放在一个里面，是一个可以执行的ExcuteService。但不同的是，它采用了work-stealing模式：所有在池中的空闲线程尝试去执行其他线程创建的子任务，这样就很少有线程处于空闲状态，非常高效。

池中维护着ForkJoinWorkerThread对象数组:

/**
* Array holding all worker threads in the pool. Initialized upon
* construction. Array size must be a power of two. Updates and
* replacements are protected by scanGuard, but the array is
* always kept in a consistent enough state to be randomly
* accessed without locking by workers performing work-stealing,
* as well as other traversal-based methods in this class, so long
* as reads memory-acquire by first reading ctl. All readers must
* tolerate that some array slots may be null.
*/
ForkJoinWorkerThread[] workers;

ForkJoinWorkerThread为任务的执行线程，workers数组在构造方法中初始化，其大小必须为2的n次方（方便将取模转换为移位运算）。

ForkJoinPool初始化方法：

2 案例演示

案例1

让我们通过一个简单的需求来使用下Fork／Join框架

需求：计算1~8的累加结果。


import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/**
 * @author johnny-zen
 * @create-time 2023/2/11 13:54
 * @description ...
 * @reference-doc
 *  [1] 好文推荐：JAVA基础之Fork/Join框架 - baidu - https://baijiahao.baidu.com/s?id=1709429670171703195
 */
public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> {

    private static final int THRESHHOLD = 2;
    private int start;
    private int end;

    public CountTask(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        System.out.println(start + " - " + end + " begin");
        int sum = 0;
        boolean canCompute = (end - start) <= THRESHHOLD;
        if (canCompute) { // 达到了计算条件，则直接执行
            for (int i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
        } else { // 不满足计算条件，则分割任务
            int middle = (start + end) / 2;

            CountTask leftTask = new CountTask(start, middle);
            CountTask rightTask = new CountTask(middle + 1, end);

            leftTask.fork(); // 执行子任务
            rightTask.fork();
            int leftResult = leftTask.join(); // 等待子任务执行完毕
            int rightResult = rightTask.join();

            sum = leftResult + rightResult; // 合并子任务的计算结果
        }
        System.out.println(start + + end + " end");
        return sum;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        CountTask task = new CountTask(1, 8);
        Future<Integer> future = pool.submit(task);
        //在执行的时候可能会抛出异常，但我们没办法在主线程里直接捕获异常，所以提供了 isCompletedAbnormally() 方法来检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了，且可通过 getException方法 获取异常
        if (task.isCompletedAbnormally()) {//检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了
            //方法返回Throwable对象，如果任务被取消了则返回CancellationException。如果任务没有完成或者没有抛出异常则返回 null
            Throwable exception = task.getException();
            System.out.println(exception);
        } else {
            // 由于每个任务是由线程池执行的，每次的执行顺序会有不同，但是，父任务肯定在所有子任务之后完成
            // 比如1-8的计算肯定在子任务1-4、5-8之后完成，但是1-4、5-8的完成顺序是不确定的。
            System.out.println("result: " + future.get());//36
        }
    }
}

output

1 - 8 begin
5 - 8 begin
1 - 4 begin
1 - 2 begin
5 - 6 begin
3 end
11 end
3 - 4 begin
7 - 8 begin
15 end
13 end
7 end
5 end
9 end
result: 36

X 参考文献

好文推荐：JAVA基础之Fork/Join框架 - Baidu 【待继续阅读】

标签：Fork,Join,队列,任务,线程,end,多线程
From： https://www.cnblogs.com/johnnyzen/p/17111654.html

[Java] 多线程系列之Fork/Join框架[转载]