什么是Fork/Join框架
Fork/Join框架是Java7提供了的一個用于并行執(zhí)行任務的框架， 是一個把大任務分割成若干個小任務备典，最終匯總每個小任務結果后得到大任務結果的框架斩狱。
我們再通過Fork和Join這兩個單詞來理解下Fork/Join框架泌类，Fork就是把一個大任務切分為若干子任務并行的執(zhí)行姻成，Join就是合并這些子任務的執(zhí)行結果性穿，最后得到這個大任務的結果屋彪。比如計算1+2+释漆。芬膝。＋10000望门，可以分割成10個子任務，每個子任務分別對1000個數進行求和锰霜，最終匯總這10個子任務的結果
工作竊取算法
工作竊瘸镂蟆（work-stealing）算法是指某個線程從其他隊列里竊取任務來執(zhí)行。
那么為什么需要使用工作竊取算法呢癣缅？假如我們需要做一個比較大的任務厨剪，我們可以把這個任務分割為若干互不依賴的子任務哄酝，為了減少線程間的競爭，于是把這些子任務分別放到不同的隊列里祷膳，并為每個隊列創(chuàng)建一個單獨的線程來執(zhí)行隊列里的任務陶衅，線程和隊列一一對應，比如A線程負責處理A隊列里的任務直晨。但是有的線程會先把自己隊列里的任務干完搀军，而其他線程對應的隊列里還有任務等待處理。干完活的線程與其等著勇皇，不如去幫其他線程干活罩句，于是它就去其他線程的隊列里竊取一個任務來執(zhí)行。而在這時它們會訪問同一個隊列敛摘，所以為了減少竊取任務線程和被竊取任務線程之間的競爭门烂，通常會使用雙端隊列，被竊取任務線程永遠從雙端隊列的頭部拿任務執(zhí)行兄淫，而竊取任務的線程永遠從雙端隊列的尾部拿任務執(zhí)行诅福。
工作竊取算法的優(yōu)點是充分利用線程進行并行計算，并減少了線程間的競爭拖叙，其缺點是在某些情況下還是存在競爭氓润，比如雙端隊列里只有一個任務時。并且消耗了更多的系統資源薯鳍，比如創(chuàng)建多個線程和多個雙端隊列咖气。
Fork/Join框架的介紹
我們已經很清楚Fork/Join框架的需求了，那么我們可以思考一下挖滤，如果讓我們來設計一個Fork/Join框架崩溪，該如何設計？這個思考有助于你理解Fork/Join框架的設計斩松。
第一步分割任務伶唯。首先我們需要有一個fork類來把大任務分割成子任務，有可能子任務還是很大惧盹，所以還需要不停的分割乳幸，直到分割出的子任務足夠小。
第二步執(zhí)行任務并合并結果钧椰。分割的子任務分別放在雙端隊列里粹断，然后幾個啟動線程分別從雙端隊列里獲取任務執(zhí)行。子任務執(zhí)行完的結果都統一放在一個隊列里嫡霞，啟動一個線程從隊列里拿數據瓶埋，然后合并這些數據。
Fork/Join使用兩個類來完成以上兩件事情：
ForkJoinTask：我們要使用ForkJoin框架，必須首先創(chuàng)建一個ForkJoin任務养筒。它提供在任務中執(zhí)行fork()和join()操作的機制曾撤，通常情況下我們不需要直接繼承ForkJoinTask類，而只需要繼承它的子類晕粪，Fork/Join框架提供了以下兩個子類：
RecursiveAction：用于沒有返回結果的任務挤悉。
RecursiveTask ：用于有返回結果的任務。
ForkJoinPool ：ForkJoinTask需要通過ForkJoinPool來執(zhí)行兵多，任務分割出的子任務會添加到當前工作線程所維護的雙端隊列中，進入隊列的頭部橄仆。當一個工作線程的隊列里暫時沒有任務時剩膘，它會隨機從其他工作線程的隊列的尾部獲取一個任務。
Fork/Join框架的異常處理
ForkJoinTask在執(zhí)行的時候可能會拋出異常盆顾，但是我們沒辦法在主線程里直接捕獲異常怠褐，所以ForkJoinTask提供了isCompletedAbnormally()方法來檢查任務是否已經拋出異常或已經被取消了您宪，并且可以通過ForkJoinTask的getException方法獲取異常奈懒。
if(task.isCompletedAbnormally())
{
System.out.println(task.getException());
}
getException方法返回Throwable對象，如果任務被取消了則返回CancellationException宪巨。如果任務沒有完成或者沒有拋出異常則返回null磷杏。
Fork/Join框架的實現原理
ForkJoinPool由ForkJoinTask數組和ForkJoinWorkerThread數組組成，ForkJoinTask數組負責存放程序提交給ForkJoinPool的任務捏卓，而ForkJoinWorkerThread數組負責執(zhí)行這些任務极祸。
ForkJoinTask的fork方法實現原理。當我們調用ForkJoinTask的fork方法時怠晴，程序會調用ForkJoinWorkerThread的pushTask方法異步的執(zhí)行這個任務遥金，然后立即返回結果。代碼如下：
public final ForkJoinTask fork() {
((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread())
.pushTask(this);
return this;
}
pushTask方法把當前任務存放在ForkJoinTask 數組queue里蒜田。然后再調用ForkJoinPool的signalWork()方法喚醒或創(chuàng)建一個工作線程來執(zhí)行任務稿械。代碼如下：
final void pushTask(ForkJoinTask t) {
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
if ((s -= queueBase) <= 2)
pool.signalWork();
else if (s == m)
growQueue();
}
}
ForkJoinTask的join方法實現原理。Join方法的主要作用是阻塞當前線程并等待獲取結果冲粤。讓我們一起看看ForkJoinTask的join方法的實現美莫，代碼如下：
public final V join() {
if (doJoin() != NORMAL)
return reportResult();
else
return getRawResult();
}
private V reportResult() {
int s; Throwable ex;
if ((s = status) == CANCELLED)
throw new CancellationException();
if (s == EXCEPTIONAL && (ex = getThrowableException()) != null)
UNSAFE.throwException(ex);
return getRawResult();
}
首先，它調用了doJoin()方法梯捕，通過doJoin()方法得到當前任務的狀態(tài)來判斷返回什么結果茂嗓，任務狀態(tài)有四種：已完成（NORMAL），被取消（CANCELLED）科阎，信號（SIGNAL）和出現異常（EXCEPTIONAL）述吸。
如果任務狀態(tài)是已完成，則直接返回任務結果。
如果任務狀態(tài)是被取消蝌矛，則直接拋出CancellationException道批。
如果任務狀態(tài)是拋出異常，則直接拋出對應的異常入撒。
讓我們再來分析下doJoin()方法的實現代碼：
private int doJoin() {
Thread t; ForkJoinWorkerThread w; int s; boolean completed;
if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) {
if ((s = status) < 0)
return s;
if ((w = (ForkJoinWorkerThread)t).unpushTask(this)) {
try {
completed = exec();
} catch (Throwable rex) {
return setExceptionalCompletion(rex);
}
if (completed)
return setCompletion(NORMAL);
}
return w.joinTask(this);
}
else
return externalAwaitDone();
}
在doJoin()方法里隆豹，首先通過查看任務的狀態(tài)，看任務是否已經執(zhí)行完了茅逮，如果執(zhí)行完了璃赡，則直接返回任務狀態(tài)，如果沒有執(zhí)行完献雅，則從任務數組里取出任務并執(zhí)行碉考。如果任務順利執(zhí)行完成了，則設置任務狀態(tài)為NORMAL挺身，如果出現異常侯谁，則紀錄異常，并將任務狀態(tài)設置為EXCEPTIONAL章钾。
