《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。
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