Java并行编程中 Fork/Join 框架的使用指南

java fork/join 框架指南：创建 fork/join 任务：使用 recursiveaction(无返回值)或 recursivetask(有返回值)类扩展，实现 compute 方法。创建 fork/join 池：使用 forkjoinpool 指定线程数量。提交任务：使用 fork() 提交任务，join() 等待结果。分解任务：在 compute 方法中调用 fork() 和 join() 分解任务。实战案例(快速排序)：创建 quicksorttask 任务，提交到 forkjoinpool 执行。

Java 并行编程 Fork/Join 框架使用指南

Fork/Join 框架是 Java 在并行编程模型中使用的高级任务并行化方法。它采用分解策略，将任务分解为子任务，然后并行执行，最终合并结果。本指南将被介绍 Fork/Join 使用框架的方法，并通过实战案例进行演示。

创建 Fork/Join 任务

Fork/Join 框架的基础是 RecursiveAction 和 RecursiveTask 类。

• RecursiveAction 用于无返回值的任务。
• RecursiveTask 用于具有返回值的任务。

要创建任务，我们需要扩展这两种类型并实现它们 compute 方法。compute 方法是任务执行代码。

创建 Fork/Join 池

Fork/Join 框架使用 ForkJoinPool 对象管理任务的执行。用于调度和执行任务的线程池。在创建池时，可以指定线程的数量。

ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

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提交任务

提交任务，请使用 fork() 和 join() 方法。fork() 该方法将任务提交到池中， join() 方法等待任务完成并返回结果(对于 RecursiveTask 任务）。

pool.fork(task);
long result = pool.join();

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分解任务

对于大型任务，可以分解为较小的子任务。因此，可以 compute 方法中调用 fork() 和 join() 方法。

@Override
protected void compute() {
  if (problem.isTooBig()) {
    ForkJoinTask leftTask = new LeftTask(leftHalf);
    ForkJoinTask rightTask = new RightTask(rightHalf);
    leftTask.fork();
    rightTask.fork();
    leftTask.join();
    rightTask.join();
  } else {
    // solve the problem directly
  }
}

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实战案例：快速排序

以下是一个用途 Fork/Join 框架快速排序算法示例：

public class QuickSortTask extends RecursiveTask<long[]> {

  private int[] array;
  private int low;
  private int high;

  public QuickSortTask(int[] array, int low, int high) {
    this.array = array;
    this.low = low;
    this.high = high;
  }

  @Override
  protected long[] compute() {
    if (low < high) {
      int pivot = partition(array, low, high);
      ForkJoinTask leftTask = new QuickSortTask(array, low, pivot - 1);
      ForkJoinTask rightTask = new QuickSortTask(array, pivot + 1, high);
      leftTask.fork();
      rightTask.fork();
      leftTask.join();
      rightTask.join();
    }
    return array;
  }

  private int partition(int[] array, int low, int high) {
    // ...
  }

}

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要使用此算法，请创建一个算法 QuickSortTask 并提交对象 ForkJoinPool：

ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
int[] array = {5, 3, 8, 2, 1, 4};
QuickSortTask task = new QuickSortTask(array, 0, array.length - 1);
pool.invoke(task);

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结论

Fork/Join 框架提供了一种简单易用的方法 Java 任务并行进行。通过分而治之的策略，可以有效地分解和执行大型任务。通过使用 RecursiveAction 和 RecursiveTask 类，以及 ForkJoinPool，并行任务可以轻松创建和管理。

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