Java7 Fork/Join 核心类

在 Java7 中，Fork/Join 框架的核心类主要有以下几个：

🚩ForkJoinPool 类

ForkJoinPool 是 Java7 引入的用于并行执行任务的特殊线程池，设计用于 fork-join 任务分拆，它是实现 Fork/Join 框架的核心部分，负责管理和调度 Fork/Join 任务的执行。

ForkJoinPool 位于 java.util.concurrent 包中，因此类的全名是 java.util.concurrent.ForkJoinPool。

我们可以通过 ForkJoinPool.commonPool() 方法获取默认的通用线程池，也可以创建自定义的 ForkJoinPool。

⚠️注意：ForkJoinPool.commonPool() 方法位于 JDK 1.8，如下图：

创建 ForkJoinPool

您可以使用 ForkJoinPool 的构造函数创建一个 ForkJoinPool。作为 ForkJoinPool 构造函数的参数，您需要传递所需的并行程度。并行程度表示你希望有多少个线程或 CPU 同时处理传递给 ForkJoinPool 的任务（建议不要大于 CPU 的核心数）。下面是一个创建 ForkJoinPool 的示例：

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);

上例创建了一个并行度为 4 的 ForkJoinPool 示例。

将任务提交到 ForkJoinPool

向 ForkJoinPool 提交任务的方式与向 ExecutorService 提交任务的方式类似。您可以提交两种类型的任务：

一种是不返回任何结果的任务（"action"）
另一种是返回结果的任务（"task"）

这两种任务分别由 RecursiveAction 和 RecursiveTask 类表示，后续章节将详细介绍如何使用这两种任务以及如何提交它们。

简单示例：

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);
// 提交一个任务到 ForkJoinPool
forkJoinPool.execute(new ForkJoinTask<Integer>() {
    //...
});

ForkJoinPool 重要方法

void execute(ForkJoinTask<?> task)：异步执行给定的任务，不等待其完成。
<T> ForkJoinTask<T> submit(ForkJoinTask<T> task)：提交任务以执行，并返回一个表示该任务的ForkJoinTask。提交的任务会在某个线程中异步执行，但你可以通过返回的ForkJoinTask来查询任务的状态或等待其完成。
<T> T invoke(ForkJoinTask<T> task)：等待任务完成，并返回其结果。如果调用线程未在等待结果时阻塞，则可能通过其他方式继续执行。
boolean isTerminated()：如果所有任务都已完成执行，则返回true。这包括已提交的任务、正在执行的任务以及已排队但尚未开始的任务。
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)：等待直到所有任务完成执行，或者等待时间超过给定的超时时间，或者线程被中断，以最先发生者为准。如果超时时间为0，则该方法将立即返回。
void shutdown()：启动有序关闭过程，在此过程中不再接受新任务，但会等待已提交的任务完成执行。
void shutdownNow()：尝试停止所有正在执行的任务，停止处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。

🚩ForkJoinTask 类

ForkJoinTask 是一个抽象类，表示可以在 ForkJoinPool 中执行的任务。它为并行计算提供了基础，支持任务的分割（fork）和结果的合并（join）。同时它也实现了Future接口，允许任务等待异步计算的结果。

主要特点

可并行性：ForkJoinTask 旨在通过递归分解任务成更小的部分，然后并行执行这些部分来利用多核处理器的计算能力。
工作窃取：ForkJoinPool（ForkJoinTask 执行的线程池）使用工作窃取算法来平衡负载，允许空闲的线程从其他线程的工作队列中窃取任务。
结果合并：对于返回结果的任务（即RecursiveTask的子类），ForkJoinTask 提供了合并子任务结果的机制。

核心方法

fork()：将任务提交给 ForkJoinPool 进行异步执行。此方法会立即返回，而不会等待任务完成。
join()：等待任务完成并获取结果（对于 RecursiveTask）。如果当前线程不是执行该任务的线程，则调用 join() 会阻塞当前线程直到任务完成。
invoke()：类似于 join()，但它在调用线程中直接执行任务，而不是在 ForkJoinPool 中异步执行。
compute()：这是 RecursiveTask 和 RecursiveAction 必须实现的抽象方法。它包含了任务的计算逻辑，以及对于 RecursiveTask，还包含了如何拆分任务并合并结果的逻辑。

重要子类

RecursiveAction 类

RecursiveAction 是 Java 并发包 java.util.concurrent 中的一个类，它继承自 ForkJoinTask，主要用于执行那些不需要返回结果的任务。RecursiveAction 通过将复杂任务递归地分解为更小的子任务，并允许这些子任务并行执行，从而提高整体性能。它特别适用于那些可以分解为更小独立任务，且不需要聚合子任务结果的问题。

主要特点

无返回值：与 RecursiveTask 不同，RecursiveAction 不需要返回结果。这意味着在执行过程中，它专注于任务的执行，而不是结果的收集。
并行性：RecursiveAction 允许将任务分解为多个子任务，这些子任务可以并行执行，以充分利用多核处理器的计算能力。
分而治之：它采用分而治之的策略，将大问题分解成小问题，直到问题变得足够小可以直接解决。
简化并行编程：通过提供清晰的框架和方法，RecursiveAction 简化了并行编程的复杂性，使得开发者可以更容易地实现高效的并行计算。

使用场景

RecursiveAction 适用于以下场景：

并行遍历和处理数据结构：如遍历大型数组或列表，并对每个元素执行某种操作，可以将数据结构分成几个部分并行处理。
分治算法：如快速排序、归并排序等，这些算法天然地适合使用 RecursiveAction 进行并行化。
图像处理：将大型图像分割成多个小块，并行地对每个小块进行处理。
批处理任务：如发送批量电子邮件、并行下载文件等可并行化的批处理任务。

RecursiveTask 类

RecursiveTask 是 Java 并发包 java.util.concurrent 中的一个抽象类，它继承自 ForkJoinTask，专门用于表示那些可以递归划分并且可能需要执行大量计算的任务，且这些任务在执行完成后会返回一个结果。通过利用 ForkJoinPool（一个为执行并行任务而设计的线程池），RecursiveTask 能够将复杂任务递归地分解为更小的子任务，这些子任务可以并行执行，从而提高程序的执行效率。

主要特点

有返回值：RecursiveTask 与 RecursiveAction 的主要区别在于，RecursiveTask 在任务执行完成后会返回一个结果。这使得 RecursiveTask 特别适合于需要收集子任务结果并合并成最终结果的场景。
并行性：通过 ForkJoinPool，RecursiveTask 能够充分利用多核处理器的计算能力，将任务并行化执行，以加快计算速度。
简化并行编程：RecursiveTask 提供了一种结构化的方式来编写并行代码，使得代码更容易理解和维护。它还提供了许多有用的工具和机制，如任务拆分、依赖管理、结果合并等，进一步简化了并行编程的复杂性。
分而治之：RecursiveTask 采用分而治之的策略，将大问题分解成小问题，直到问题变得足够小可以直接解决。这种策略特别适合于解决那些可以递归分解的复杂问题。