RecursiveTask和RecursiveAction的使用总结

Posted 2020-11-24 jelly12345

一：什么是Fork/Join框架
    Fork/Join框架是Java7提供了的一个用于并行执行任务的框架， 是一个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的框架。
我们再通过Fork和Join这两个单词来理解下Fork/Join框架，Fork就是把一个大任务切分为若干子任务并行的执行，Join就是合并这些子任务的执行结果，最后得到这个大任务的结果。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：

二：工作窃取算法
工作窃取（work-stealing）算法是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行。工作窃取的运行流程图如

　　那么为什么需要使用工作窃取算法呢？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。

三：常用API总结
1：ForkJoinPool：Java提供了ForkJoinPool来支持将一个任务拆分成多个“小任务”并行计算，再把多个“小任务”的结果合成总的计算结果。ForkJoinPool是ExecutorService的实现类，因此是一种特殊的线程池。ForkJoinPool提供了如下两个常用的构造器。
public ForkJoinPool(int parallelism)：创建一个包含parallelism个并行线程的ForkJoinPool
public ForkJoinPool() ：以Runtime.getRuntime().availableProcessors()的返回值作为parallelism来创建ForkJoinPool
创建ForkJoinPool实例后，可以钓鱼ForkJoinPool的submit(ForkJoinTask<T> task)或者invoke(ForkJoinTask<T> task)来执行指定任务。其中ForkJoinTask代表一个可以并行、合并的任务。ForkJoinTask是一个抽象类，它有两个抽象子类：RecursiveAction和RecursiveTask。

RecursiveTask：代表有返回值的任务；RecursiveAction：代表没有返回值的任务。

2：RecursiveTask

下面以一个有返回值的大任务为例，介绍一下RecursiveTask的用法
大任务是：计算随机的1000个数字的和
小任务是：每次只能70个数值的和
package com.study.test.studytest.test.forkJoin;

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

/**
* @Auther: DongGuo
* @Date: 2019/12/30 20:06
* @Description: TODO
* @Version: V1.0
*/
public class RecursiveTaskDemo extends RecursiveTask<Integer> {

/**
* 每个"小任务"最多只打印70个数
*/
private static final int MAX = 70;
private int arr[];
private int start;
private int end;

public RecursiveTaskDemo(int[] arr, int start, int end) {
this.arr = arr;
this.start = start;
this.end = end;
}

@Override
protected Integer compute() {
int sum = 0;
// 当end-start的值小于MAX时候，开始打印
if((end - start) < MAX) {
for (int i = start; i < end; i++) {
sum += arr[i];
}
return sum;
}else {
System.err.println("=====任务分解======");
// 将大任务分解成两个小任务
int middle = (start + end) / 2;
RecursiveTaskDemo left = new RecursiveTaskDemo(arr, start, middle);
RecursiveTaskDemo right = new RecursiveTaskDemo(arr, middle, end);
// 并行执行两个小任务
left.fork();
right.fork();
// 把两个小任务累加的结果合并起来
return left.join() + right.join();
}
}

public static void main(String[] args) throws Exception{
int arr[] = new int[100000];
Random random = new Random();
int total = 0;

 

// 初始化100个数字元素
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
int temp = random.nextInt(100);
// 对数组元素赋值,并将数组元素的值添加到total总和中
total += (arr[i] = temp);
}

System.out.println("初始化时的总和=" + total);

// 创建包含Runtime.getRuntime().availableProcessors()返回值作为个数的并行线程的ForkJoinPool
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();

// 提交可分解的PrintTask任务
Future<Integer> future = forkJoinPool.submit(new RecursiveTaskDemo(arr, 0, arr.length));
System.out.println("计算出来的总和="+future.get());

// Integer integer = forkJoinPool.invoke(new RecursiveTaskDemo(arr, 0, arr.length) );
// System.out.println("计算出来的总和=" + integer);

// 关闭线程池
forkJoinPool.shutdown();
}

 

}

3：RecursiveAction
下面以一个没有返回值的大任务为例，介绍一下RecursiveAction的用法。
大任务是：打印0-100的数值。
小任务是：每次只能打印20个数值。
package com.study.test.studytest.test.forkJoin;

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveAction;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* @Auther: DongGuo
* @Date: 2019/12/30 20:13
* @Description: TODO
* @Version: V1.0
*/
public class RaskDemo extends RecursiveAction {
/**
* 每个"小任务"最多只打印20个数
*/
private static final int MAX = 20;

private int start;
private int end;

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

@Override
protected void compute() {
//当end-start的值小于MAX时，开始打印
if((end-start) < MAX) {
for(int i= start; i<end;i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"i的值"+i);
}
}else {
// 将大任务分解成两个小任务
int middle = (start + end) / 2;
RaskDemo left = new RaskDemo(start, middle);
RaskDemo right = new RaskDemo(middle, end);
left.fork();
right.fork();
}
}

public static void main(String[] args) throws Exception{
// 创建包含Runtime.getRuntime().availableProcessors()返回值作为个数的并行线程的ForkJoinPool
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();

// 提交可分解的PrintTask任务
forkJoinPool.submit(new RaskDemo(0, 1000));

//阻塞当前线程直到 ForkJoinPool 中所有的任务都执行结束
forkJoinPool.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);

// 关闭线程池
forkJoinPool.shutdown();
}

}

 

四：总结 

第一步分割任务：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。
第二步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。能够轻松的利用多个 CPU 提供的计算资源来协作完成一个复杂的计算任务，提高运行效率！