1. Fork/Join框架概述

Java 中的 Fork/Join 框架是 Java 7 引入的一个并行执行框架，它基于分治算法的思想，用于将一个大任务拆分成多个小任务，然后并行执行这些小任务，最后将小任务的结果合并得到大任务的结果。该框架充分利用多核处理器的计算能力，提高程序的并行性能。

2. 作用

  • 提高并行处理能力：Fork/Join 框架可以将一个大任务拆分成多个小任务，并行执行这些小任务，从而充分利用多核处理器的资源，加快任务的执行速度。
  • 简化并行编程：该框架提供了一种简单的方式来实现并行计算，开发者只需要定义好任务的拆分和合并逻辑，框架会自动处理任务的调度和执行。

3. 使用步骤

使用 Fork/Join 框架通常需要以下几个步骤：

步骤一：创建任务类

继承 RecursiveTask（有返回值）或 RecursiveAction（无返回值）类，并重写 compute() 方法，在该方法中定义任务的拆分和合并逻辑。

步骤二：创建 ForkJoinPool

ForkJoinPool 是 Fork/Join 框架的线程池，用于执行 Fork/Join 任务。

步骤三：提交任务

将创建好的任务提交给 ForkJoinPool 执行。

以下是一个使用 Fork/Join 框架计算数组元素之和的示例：

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

// 继承 RecursiveTask 类，用于计算数组元素之和
class SumTask extends RecursiveTask<Integer> {
    private static final int THRESHOLD = 10;
    private int[] array;
    private int start;
    private int end;

    public SumTask(int[] array, int start, int end) {
        this.array = array;
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if (end - start <= THRESHOLD) {
            // 任务足够小，直接计算结果
            int sum = 0;
            for (int i = start; i < end; i++) {
                sum += array[i];
            }
            return sum;
        } else {
            // 任务过大，进行拆分
            int mid = (start + end) / 2;
            SumTask leftTask = new SumTask(array, start, mid);
            SumTask rightTask = new SumTask(array, mid, end);

            // 执行左子任务
            leftTask.fork();
            // 执行右子任务并等待结果
            int rightResult = rightTask.compute();
            // 获取左子任务的结果
            int leftResult = leftTask.join();

            // 合并结果
            return leftResult + rightResult;
        }
    }
}

public class ForkJoinExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[100];
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            array[i] = i + 1;
        }

        // 创建 ForkJoinPool
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        // 创建任务
        SumTask task = new SumTask(array, 0, array.length);
        // 提交任务并获取结果
        int result = forkJoinPool.invoke(task);

        System.out.println("数组元素之和为: " + result);
    }
}

4. 适用场景

  • 可拆分的大任务：当一个任务可以拆分成多个相互独立且结构相同的小任务时，适合使用 Fork/Join 框架。例如，大规模数据的排序、搜索、矩阵运算等。
  • CPU 密集型任务：Fork/Join 框架主要用于充分利用多核处理器的计算能力，因此更适合处理 CPU 密集型任务，而不是 I/O 密集型任务。因为在 I/O 密集型任务中，线程大部分时间都在等待 I/O 操作完成，并行执行的效果不明显。