【高并发】如何使用Java7中提供的Fork/Join框架实现高并发程序?

简介: 在JDK中,提供了这样一种功能:它能够将复杂的逻辑拆分成一个个简单的逻辑来并行执行,待每个并行执行的逻辑执行完成后,再将各个结果进行汇总,得出最终的结果数据。有点像Hadoop中的MapReduce。ForkJoin是由JDK1.7之后提供的多线程并发处理框架。ForkJoin框架的基本思想是分而治之。什么是分而治之?分而治之就是将一个复杂的计算,按照设定的阈值分解成多个计算,然后将各个计算结果进行汇总。相应的,ForkJoin将复杂的计算当做一个任务,而分解的多个计算则是当做一个个子任务来并行执行。

Fork/Join框架介绍

位于J.U.C(java.util.concurrent)中,是Java7中提供的用于执行并行任务的框架,其可以将大任务分割成若干个小任务,最终汇总每个小任务的结果后得到最终结果。基本思想和Hadoop的MapReduce思想类似。

主要采用的是工作窃取算法(某个线程从其他队列里窃取任务来执行),并行分治计算中的一种Work-stealing策略

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。

工作窃取算法的优点:

充分利用线程进行并行计算,并减少了线程间的竞争

工作窃取算法的缺点:

在某些情况下还是存在竞争,比如双端队列里只有一个任务时。并且该算法会消耗更多的系统资源,比如创建多个线程和多个双端队列。

Fork/Join框架局限性

对于Fork/Join框架而言,当一个任务正在等待它使用Join操作创建的子任务结束时,执行这个任务的工作线程查找其他未被执行的任务,并开始执行这些未被执行的任务,通过这种方式,线程充分利用它们的运行时间来提高应用程序的性能。为了实现这个目标,Fork/Join框架执行的任务有一些局限性,如下所示。

  • 任务只能使用Fork和Join操作来进行同步机制,如果使用了其他同步机制,则在同步操作时,工作线程就不能执行其他任务了。比如,在Fork/Join框架中,使任务进行了睡眠,那么,在睡眠期间内,正在执行这个任务的工作线程将不会执行其他任务了。
  • 在Fork/Join框架中,所拆分的任务不应该去执行IO操作,比如:读写数据文件。
  • 任务不能抛出检查异常,必须通过必要的代码来出来这些异常。

Fork/Join框架的核心类

Fork/Join框架的核心是两个类:ForkJoinPool和ForkJoinTask。ForkJoinPool负责实现工作窃取算法、管理工作线程、提供关于任务的状态以及执行信息。ForkJoinTask主要提供在任务中执行Fork和Join操作的机制。

代码示例

示例代码如下:

package io.binghe.concurrency.example.aqs;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
@Slf4j
public class ForkJoinTaskExample extends RecursiveTask<Integer> {
    public static final int threshold = 2;
    private int start;
    private int end;
    public ForkJoinTaskExample(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }
    @Override
    protected Integer compute() {
        int sum = 0;
        //如果任务足够小就计算任务
        boolean canCompute = (end - start) <= threshold;
        if (canCompute) {
            for (int i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
        } else {
            // 如果任务大于阈值,就分裂成两个子任务计算
            int middle = (start + end) / 2;
            ForkJoinTaskExample leftTask = new ForkJoinTaskExample(start, middle);
            ForkJoinTaskExample rightTask = new ForkJoinTaskExample(middle + 1, end);
            // 执行子任务
            leftTask.fork();
            rightTask.fork();
            // 等待任务执行结束合并其结果
            int leftResult = leftTask.join();
            int rightResult = rightTask.join();
            // 合并子任务
            sum = leftResult + rightResult;
        }
        return sum;
    }
    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkjoinPool = new ForkJoinPool();
        //生成一个计算任务,计算1+2+3+4
        ForkJoinTaskExample task = new ForkJoinTaskExample(1, 100);
        //执行一个任务
        Future<Integer> result = forkjoinPool.submit(task);
        try {
            log.info("result:{}", result.get());
        } catch (Exception e) {
            log.error("exception", e);
        }
    }
}
相关文章
|
4月前
|
自然语言处理 前端开发 Java
JBoltAI 框架完整实操案例 在 Java 生态中快速构建大模型应用全流程实战指南
本案例基于JBoltAI框架,展示如何快速构建Java生态中的大模型应用——智能客服系统。系统面向电商平台,具备自动回答常见问题、意图识别、多轮对话理解及复杂问题转接人工等功能。采用Spring Boot+JBoltAI架构,集成向量数据库与大模型(如文心一言或通义千问)。内容涵盖需求分析、环境搭建、代码实现(知识库管理、核心服务、REST API)、前端界面开发及部署测试全流程,助你高效掌握大模型应用开发。
407 5
|
16天前
|
人工智能 Java 开发者
阿里出手!Java 开发者狂喜!开源 AI Agent 框架 JManus 来了,初次见面就心动~
JManus是阿里开源的Java版OpenManus,基于Spring AI Alibaba框架,助力Java开发者便捷应用AI技术。支持多Agent框架、网页配置、MCP协议及PLAN-ACT模式,可集成多模型,适配阿里云百炼平台与本地ollama。提供Docker与源码部署方式,具备无限上下文处理能力,适用于复杂AI场景。当前仍在完善模型配置等功能,欢迎参与开源共建。
464 7
阿里出手!Java 开发者狂喜!开源 AI Agent 框架 JManus 来了,初次见面就心动~
|
2月前
|
存储 缓存 安全
Java集合框架(二):Set接口与哈希表原理
本文深入解析Java中Set集合的工作原理及其实现机制,涵盖HashSet、LinkedHashSet和TreeSet三大实现类。从Set接口的特性出发,对比List理解去重机制,并详解哈希表原理、hashCode与equals方法的作用。进一步剖析HashSet的底层HashMap实现、LinkedHashSet的双向链表维护顺序特性,以及TreeSet基于红黑树的排序功能。文章还包含性能对比、自定义对象去重、集合运算实战和线程安全方案,帮助读者全面掌握Set的应用与选择策略。
150 23
|
29天前
|
SQL Java 数据库连接
区分iBatis与MyBatis:两个Java数据库框架的比较
总结起来:虽然从技术角度看,iBATIS已经停止更新但仍然可用;然而考虑到长期项目健康度及未来可能需求变化情况下MYBATISS无疑会是一个更佳选择因其具备良好生命周期管理机制同时也因为社区力量背书确保问题修复新特征添加速度快捷有效.
71 12
|
2月前
|
存储 缓存 安全
Java集合框架(三):Map体系与ConcurrentHashMap
本文深入解析Java中Map接口体系及其实现类,包括HashMap、ConcurrentHashMap等的工作原理与线程安全机制。内容涵盖哈希冲突解决、扩容策略、并发优化,以及不同Map实现的适用场景,助你掌握高并发编程核心技巧。
|
2月前
|
安全 Java 开发者
Java集合框架:详解Deque接口的栈操作方法全集
理解和掌握这些方法对于实现像浏览器后退功能这样的栈操作来说至关重要,它们能够帮助开发者编写既高效又稳定的应用程序。此外,在多线程环境中想保证线程安全,可以考虑使用ConcurrentLinkedDeque,它是Deque的线程安全版本,尽管它并未直接实现栈操作的方法,但是Deque的接口方法可以相对应地使用。
121 12
|
2月前
|
存储 安全 Java
Java集合框架(一):List接口及其实现类剖析
本文深入解析Java中List集合的实现原理,涵盖ArrayList的动态数组机制、LinkedList的链表结构、Vector与Stack的线程安全性及其不推荐使用的原因,对比了不同实现的性能与适用场景,帮助开发者根据实际需求选择合适的List实现。
|
3月前
|
安全 Java 微服务
Java 最新技术和框架实操:涵盖 JDK 21 新特性与 Spring Security 6.x 安全框架搭建
本文系统整理了Java最新技术与主流框架实操内容,涵盖Java 17+新特性(如模式匹配、文本块、记录类)、Spring Boot 3微服务开发、响应式编程(WebFlux)、容器化部署(Docker+K8s)、测试与CI/CD实践,附完整代码示例和学习资源推荐,助你构建现代Java全栈开发能力。
380 0
|
2月前
|
Cloud Native Java API
Java Spring框架技术栈选和最新版本及发展史详解(截至2025年8月)-优雅草卓伊凡
Java Spring框架技术栈选和最新版本及发展史详解(截至2025年8月)-优雅草卓伊凡
293 0
|
4月前
|
安全 Java API
Java最新技术(JDK 11+) 及以上 Java 最新技术之集合框架实操应用详解
本示例基于Java最新技术(JDK 11+),涵盖集合框架的核心功能,结合Java 8+特性(如Stream API、Lambda表达式)与并发编程最佳实践。内容包括:List操作(初始化、Lambda过滤、Stream处理)、Map操作(流式过滤、ConcurrentHashMap原子操作、并行流)、Set操作(TreeSet排序、CopyOnWriteArraySet并发安全)、Queue/Deque操作(优先队列、双端队列)以及高级聚合操作(集合转换、分组统计、平均值计算)。 [代码下载](https://pan.quark.cn/s/14fcf913bae6)
77 4