Java 中如何使用 Fork/Join 框架进行并行计算？

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// www.javascriptcn.com code example
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

public class ForkJoinExample extends RecursiveTask<Long> {
    private static final long THRESHOLD = 10000;
    private final long[] numbers;
    private final int start;
    private final int end;

    public ForkJoinExample(long[] numbers, int start, int end) {
        this.numbers = numbers;
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Long compute() {
        int length = end - start;
        if (length <= THRESHOLD) {
            return computeSequentially();
        }
        ForkJoinExample leftTask = new ForkJoinExample(numbers, start, start + length / 2);
        leftTask.fork();
        ForkJoinExample rightTask = new ForkJoinExample(numbers, start + length / 2, end);
        Long rightResult = rightTask.compute();
        Long leftResult = leftTask.join();
        return leftResult + rightResult;
    }

    private long computeSequentially() {
        long sum = 0;
        for (int i = start; i < end; i++) {
            sum += numbers[i];
        }
        return sum;
    }

    public static void main(String[] args) {
        long[] numbers = new long[1000000];
        for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
            numbers[i] = i + 1;
        }
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinExample task = new ForkJoinExample(numbers, 0, numbers.length);
        long result = pool.invoke(task);
        System.out.println("Sum: " + result);
    }
}

本题详细解读

1. Fork/Join 框架简介

Fork/Join 框架是 Java 7 引入的一个并行计算框架，主要用于将一个大任务拆分成多个小任务并行执行，最后将结果合并。它特别适用于递归分治算法的并行化。

2. 核心类

• ForkJoinPool: 用于管理并行任务的线程池。
• RecursiveTask: 用于有返回值的任务。
• RecursiveAction: 用于没有返回值的任务。

3. 代码解析

• ForkJoinExample 类: 继承自 RecursiveTask<Long>，表示一个有返回值的并行任务。
• compute() 方法: 这是任务的核心方法，判断任务是否足够小，如果足够小则直接计算，否则将任务拆分为两个子任务并行执行。
• computeSequentially() 方法: 用于顺序计算任务的结果。
• main() 方法: 创建一个大数组，初始化数据，并使用 ForkJoinPool 来执行并行任务。

4. 关键点

• 任务拆分: 通过 fork() 方法将任务拆分为子任务并异步执行。
• 结果合并: 通过 join() 方法等待子任务完成并获取结果。
• 阈值控制: 通过 THRESHOLD 控制任务拆分的粒度，避免任务过小导致性能下降。

5. 适用场景

Fork/Join 框架适用于可以递归拆分的任务，如数组求和、排序、矩阵乘法等。