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 并行编程中的 Fork/Join 框架使用指南

Fork/Join 框架是 Java 并行编程模型中用于任务并行化的高级方法。它采用分而治之的策略，将任务分解成子任务，然后并行执行，并最后将结果合并起来。本指南将介绍 Fork/Join 框架的使用方法，并通过一个实战案例进行演示。

创建 Fork/Join 任务

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

• RecursiveAction 用于没有返回值的任务。
• RecursiveTask 用于带有返回值的任务。

要创建任务，需要扩展这两种类并实现 compute 方法。compute 方法是任务执行的代码。

创建 Fork/Join 池

Fork/Join 框架使用 ForkJoinPool 对象来管理任务的执行。它是线程池，用于调度和执行任务。创建池时，可以指定线程数量。

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

提交任务

要提交任务，请使用 fork() 和 join() 方法。fork() 方法将任务提交到池中，而 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();

分解任务

对于大型任务，可以将其分解成更小的子任务。为此，可以在 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
  }
}

实战案例：快速排序

以下是一个使用 Fork/Join 框架的快速排序算法示例：

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) {
    // ...
  }

}

要使用此算法，请创建一个 QuickSortTask 对象并将其提交到 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);

结论

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