一、Fork/Join 框架简介
1、简介
Fork/Join 它可以将一个大的任务拆分成多个子任务进行并行处理，最后将子任务结果合并成最后的计算结果，并进行输出。 Fork/Join 框架要完成两件事情：
Fork：把一个复杂任务进行分拆，大事化小Join：把分拆任务的结果进行合并
任务分割：首先 Fork/Join 框架需要把大的任务分割成足够小的子任务，如果子任务比较大的话还要对子任务进行继续分割。
执行任务合并结果：分割的子任务分别放到双端队列里，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放在另外一个队列里，启动一个线程从队列里取数据，然后合并这些数据。
在 Java 的 Fork/Join 框架中，使用两个类完成上述操作。
2、相关类
ForkJoinTask：我们要使用 Fork/Join 框架，首先需要创建一个 ForkJoin 任务。
该类提供了在任务中执行 fork 和 join 的机制。通常情况下我们不需要直接集成 ForkJoinTask 类，只需要继承它的子类， Fork/Join 框架提供了两个子类：
① RecursiveAction：用于没有返回结果的任务
② RecursiveTask:用于有返回结果的任务
ForkJoinPool：ForkJoinTask 需要通过 ForkJoinPool 来执行；
RecursiveTask: 继承后可以实现递归(自己调自己)调用的任务；
3、Fork/Join 框架的实现原理
ForkJoinPool 由 ForkJoinTask 数组和 ForkJoinWorkerThread 数组组成，ForkJoinTask 数组负责将存放以及将程序提交给 ForkJoinPool，而ForkJoinWorkerThread 负责执行这些任务。
二、相关类
1、ForkJoinPool
2、ForkJoinTask
3、RecursiveTask
递归任务：继承后可以实现递归(自己调自己)调用的任务
示例：
class Fibonacci extends RecursiveTask<Integer> {
final int n;
Fibonacci(int n) { this.n = n; }
Integer compute() {
if (n <= 1)
return n;
Fibonacci f1 = new Fibonacci(n - 1);
f1.fork();
Fibonacci f2 = new Fibonacci(n - 2);
return f2.compute() + f1.join();
}
}
三、原理
1、Fork 方法的实现原理
当我们调用 ForkJoinTask 的 fork 方法时，程序会把任务放在 ForkJoinWorkerThread 的 pushTask 的 workQueue 中，异步地执行这个任务，然后立即返回结果
public final ForkJoinTask<V> fork() {
Thread t;
if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread)
((ForkJoinWorkerThread)t).workQueue.push(this);
else
ForkJoinPool.common.externalPush(this);
return this;
}
pushTask 方法把当前任务存放在 ForkJoinTask 数组队列里。然后再调用ForkJoinPool 的 signalWork()方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务。代码如下：
final void push(ForkJoinTask<?> task) {
ForkJoinTask<?>[] a; ForkJoinPool p;
int b = base, s = top, n;
if ((a = array) != null) { // ignore if queue removed
int m = a.length - 1; // fenced write for task visibility
U.putOrderedObject(a, ((m & s) << ASHIFT) + ABASE, task);U.putOrderedInt(this, QTOP, s + 1);
if ((n = s - b) <= 1) {
if ((p = pool) != null)
p.signalWork(p.workQueues, this);//执行
}
else if (n >= m)
growArray();
}
}
2、join 方法
Join 方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。让我们一起看看ForkJoinTask 的 join 方法的实现，代码如下：
public final V join() {
int s;
if ((s = doJoin() & DONE_MASK) != NORMAL)
reportException(s);
return getRawResult();
}
它首先调用 doJoin 方法，通过 doJoin()方法得到当前任务的状态来判断返回什么结果，任务状态有 4 种：
已完成（NORMAL）、被取消（CANCELLED）、信号（SIGNAL）和出现异常（EXCEPTIONAL）
① 如果任务状态是已完成，则直接返回任务结果。
② 如果任务状态是被取消，则直接抛出 CancellationException
③ 如果任务状态是抛出异常，则直接抛出对应的异常
让我们分析一下 doJoin 方法的实现
private int doJoin() {
int s; Thread t; ForkJoinWorkerThread wt; ForkJoinPool.WorkQueue
w;
return (s = status) < 0 ? s :
((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) ?
(w = (wt = (ForkJoinWorkerThread)t).workQueue).
tryUnpush(this) && (s = doExec()) < 0 ? s :
wt.pool.awaitJoin(w, this, 0L) :
externalAwaitDone();
}
final int doExec() {
int s; boolean completed;
if ((s = status) >= 0) {
try {
completed = exec();
} catch (Throwable rex) {
return setExceptionalCompletion(rex);
}
if (completed)
s = setCompletion(NORMAL);
}
return s;
}
在doJoin()方法流程如下:
（1）首先通过查看任务的状态，看任务是否已经执行完成，如果执行完成，则直接返回任务状态；
（2）如果没有执行完，则从任务数组里取出任务并执行；
（3）如果任务顺利执行完成，则设置任务状态为 NORMAL，如果出现异常，则记录异常，并将任务状态设置为 EXCEPTIONAL；
四、Fork/Join 框架的异常处理
ForkJoinTask 在执行的时候可能会抛出异常，但是我们没办法在主线程里直接捕获异常，所以 ForkJoinTask 提供了 isCompletedAbnormally()方法来检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了，并且可以通过 ForkJoinTask 的
getException 方法获取异常。
getException 方法返回 Throwable 对象，如果任务被取消了则返回CancellationException。如果任务没有完成或者没有抛出异常则返回 null。
五、入门案例
场景: 生成一个计算任务，计算 1+2+3.........+1000，每 100 个数切分一个子任务
class MyTask extends RecursiveTask<Integer> {
//拆分差值不能超过10，计算10以内运算
private static final Integer VALUE = 10;
private int begin ;//拆分开始值
private int end;//拆分结束值
private int result ; //返回结果
//创建有参数构造
public MyTask(int begin,int end) {
this.begin = begin;
this.end = end;
}
//拆分和合并过程
@Override
protected Integer compute() {
//判断相加两个数值是否大于10
if ((end - begin) <= VALUE) {
//相加操作
for (int i = begin; i <= end; i++) {
result = result + i;
}
} else {
//进一步拆分
//获取中间值
int middle = (begin+end)/2;
//拆分左边
MyTask task01 = new MyTask(begin, middle);
//拆分右边
MyTask task02 = new MyTask(middle + 1, end);
//调用方法拆分
task01.fork();
task02.fork();
//合并结果
result = task01.join() + task02.join();
}
return result;
}
}
public class ForkJoinDemo {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//创建MyTask对象
MyTask myTask = new MyTask(0,100);
//创建分支合并池对象
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
ForkJoinTask<Integer> forkJoinTask = forkJoinPool.submit(myTask);
//获取最终合并之后结果
Integer result = forkJoinTask.get();
System.out.println(result);
//关闭池对象
forkJoinPool.shutdown();
}
}