《java.util.concurrent 包源码阅读》22 Fork/Join框架的初体验

JDK7引入了Fork/Join框架，所谓Fork/Join框架，个人解释：Fork分解任务成独立的子任务，用多线程去执行这些子任务，Join合并子任务的结果。这样就能使用多线程的方式来执行一个任务。

JDK7引入的Fork/Join有三个核心类：

ForkJoinPool，执行任务的线程池

ForkJoinWorkerThread，执行任务的工作线程

ForkJoinTask，一个用于ForkJoinPool的任务抽象类。

因为ForkJoinTask比较复杂，抽象方法比较多，日常使用时一般不会继承ForkJoinTask来实现自定义的任务，而是继承ForkJoinTask的两个子类：

RecursiveTask：子任务带返回结果时使用

RecursiveAction：子任务不带返回结果时使用

对于Fork/Join框架的原理，Doug Lea的文章：A Java Fork/Join Framework

在看了网上的很多例子之后，发现在自定义任务类实现compute方法的逻辑一般是这样的：

if 任务足够小
    直接返回结果
else
    分割成N个子任务
    依次调用每个子任务的fork方法执行子任务
    依次调用每个子任务的join方法合并执行结果

而执行该自定义任务的调用的则是ForkJoinPool的execute方法，因此首先来看的就是ForkJoinPool的execute方法，看看和普通线程池执行任务有什么不同：

    public void execute(ForkJoinTask<?> task) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        forkOrSubmit(task);
    }

因此forkOrSubmit是真正执行ForkJoinTask的方法：

    private <T> void forkOrSubmit(ForkJoinTask<T> task) {
        ForkJoinWorkerThread w;
        Thread t = Thread.currentThread();
        if (shutdown)
            throw new RejectedExecutionException();
        if ((t instanceof ForkJoinWorkerThread) &&
            (w = (ForkJoinWorkerThread)t).pool == this)
            w.pushTask(task);
        else
            // 正常执行的时候是主线程调用的，因此关注addSubmission
            addSubmission(task);
    }

那么我们首先要关注的是addSubmission方法，发觉所做的事情和普通线程池很类似，就是把任务加入到队列中，不同的是直接使用Unsafe操作内存来添加任务对象

    private void addSubmission(ForkJoinTask<?> t) {
        final ReentrantLock lock = this.submissionLock;
        lock.lock();
        try {
            // 队列只是普通的数组而不是普通线程池的BlockingQueue，
            // 唤醒worker线程的工作由下面的signalWork来完成
            // 使用Unsafe进行内存操作，把任务放置在数组中
            ForkJoinTask<?>[] q; int s, m;
            if ((q = submissionQueue) != null) {
                long u = (((s = queueTop) & (m = q.length-1)) << ASHIFT)+ABASE;
                UNSAFE.putOrderedObject(q, u, t);
                queueTop = s + 1;
                if (s - queueBase == m)
                    // 数组已满，为数组扩容
                    growSubmissionQueue();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        // 通知有新任务来了：两种操作，有空闲线程则唤醒该线程
        // 否则如果可以新建worker线程则为这个任务新建worker线程
        // 如果不可以就返回了，等到有空闲线程来执行这个任务
        signalWork();
    }

接下来要弄清楚就是在compute中fork时，按道理来说这个动作是和主任务在同一个线程中执行，fork是如果把子任务变成多线程执行的：

    public final ForkJoinTask<V> fork() {
        ((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread())
            .pushTask(this);
        return this;
    }

在上面分析forkOrSubmit的时候同样见到了ForkJoinWorkerThread的pushTask方法调用，那么来看这个方法：

    final void pushTask(ForkJoinTask<?> t) {
        // 代码的基本逻辑和ForkJoinPool的addSubmission方法基本一致
        // 都是把任务加入了任务队列中，这里是加入到ForkJoinWorkerThread
        // 内置的任务队列中
        ForkJoinTask<?>[] q; int s, m;
        if ((q = queue) != null) {    // ignore if queue removed
            long u = (((s = queueTop) & (m = q.length - 1)) << ASHIFT) + ABASE;
            UNSAFE.putOrderedObject(q, u, t);
            queueTop = s + 1;         // or use putOrderedInt
            // 这里不太明白
            if ((s -= queueBase) <= 2)
                pool.signalWork();
            else if (s == m)
                growQueue();
        }
    }

看到这里一下子陷入了僵局，为什么ForkJoinWorkerThread要内建一个队列呢，而且如果子任务仍旧在同一个线程内的话，何以实现并发执行子任务呢？下一篇文章继续。