java分治思想之ForkJoin详解

前言

  当我们面对需要同时执行多个任务的情况时，往往需要耗费大量的时间和精力来编写复杂的并发代码。但是有一种技术可以帮助我们轻松地处理这种情况。通过forkJoin，我们可以简单地实现多个任务的并行执行，从而提高应用程序的性能和响应能力。在本文中，我们将深入探讨forkJoin的工作原理和使用方法。

分治思想算法

  fork-join模式是基于分治思想的并行计算模式之一。该模式将一个大的任务分割成多个小的子任务，然后并行执行这些子任务，最后将它们的结果合并起来得到最终的结果。在这个过程中，每个子任务的执行可以进一步分解为更小的子任务，直到达到某个阈值，这时候任务将被串行执行。这种递归的分治思想使得fork-join模式可以有效地利用计算机的多核处理能力，从而提高程序的性能和效率。

归并排序

归并排序是一种基于分治思想的排序算法。其核心思想是将一个数组分成两个子数组，分别对其进行排序后再将其合并起来。具体实现过程如下：

• 分解：将一个数组分成两个子数组，分别对其进行排序。可以使用递归来实现这一步骤。
• 合并：将排序后的两个子数组合并成一个有序的数组。
• 递归：对两个子数组递归进行分解和排序，直到每个子数组的长度为1。

时间复杂度为O(nlogn)。

public class Merge { public static void main(String[] args) { int[] arr = { 5, 2, 8, 4, 7, 1, 3, 6 }; mergeSort(arr, 0, arr.length - 1); System.out.println(Arrays.toString(arr)); } /** * 拆分 * @param arr 数组 * @param left 数组第一个元素 * @param right 数组最后一个元素 */ public static void mergeSort(int[] arr,int left,int right){ if (left 

快速排序

快速排序（Quick Sort）是一种基于分治思想的排序算法，它采用了递归的方式将一个大的数组分解成多个子数组，分别进行排序后再将它们合并起来。其基本思想是选取一个基准元素，将数组中小于该元素的值放在左边，大于该元素的值放在右边，然后递归地对左右两个子数组进行排序。具体的步骤如下：

• 选取一个基准元素（通常是数组中的第一个元素）。
• 将数组中小于该元素的值放在左边，大于该元素的值放在右边。
• 对左右两个子数组分别递归进行快速排序。
• 合并左右两个已排序的子数组。

快速排序的时间复杂度为O(nlogn)，它是一种原地排序算法，不需要额外的存储空间，因此空间复杂度为O(1)。虽然快速排序的最坏时间复杂度为O(n^2)，但是在实际应用中，快速排序的平均时间复杂度和最好时间复杂度均为O(nlogn)，因此是一种非常高效的排序算法

public class QuickSort { public static void main(String[] args) { int[] arr = { 5, 2, 8, 4, 7, 1, 3, 6 }; quickSort(arr, 0, arr.length - 1); System.out.println(Arrays.toString(arr)); } public static void quickSort(int[] arr,int left,int right){ if(left pivot){ j--; } if(i

Fork/Join

  Fork/Join框架的主要组成部分是ForkJoinPool、ForkJoinTask。ForkJoinPool是一个线程池，它用于管理ForkJoin任务的执行。ForkJoinTask是一个抽象类，用于表示可以被分割成更小部分的任务。

ForkJoinPool

ForkJoinPool是Fork/Join框架中的线程池类，它用于管理Fork/Join任务的线程。ForkJoinPool类包括一些重要的方法，例如submit()、invoke()、shutdown()、awaitTermination()等，用于提交任务、执行任务、关闭线程池和等待任务的执行结果。ForkJoinPool类中还包括一些参数，例如线程池的大小、工作线程的优先级、任务队列的容量等，可以根据具体的应用场景进行设置。

构造器

ForkJoinPool中有四个核心参数，用于控制线程池的并行数、工作线程的创建、异常处理和模式指定等。

• int parallelism：指定并行级别（parallelism level）。ForkJoinPool将根据这个设定，决定工作线程的数量。如果未设置的话，将使用Runtime.getRuntime().availableProcessors()来设置并行级别；
• ForkJoinWorkerThreadFactory factory：ForkJoinPool在创建线程时，会通过factory来创建。注意，这里需要实现的是ForkJoinWorkerThreadFactory，而不是ThreadFactory。如果你不指定factory，那么将由默认的 DefaultForkJoinWorkerThreadFactory负责线程的创建工作；
• UncaughtExceptionHandler handler：指定异常处理器，当任务在运行中出错时，将由设定的处理器处理；
• boolean asyncMode：设置队列的工作模式。当asyncMode为true时，将使用先进先出队列，而为false时则使用后进先出的模式。

工作窃取法

在Fork-Join模式中，任务被分配给一个线程池中的工作线程来执行。当一个工作线程执行完自己分配的任务后，它可以从其他工作线程的任务队列中偷取（Steal）任务来执行，这就是所谓的工作窃取（Work Stealing）。

使用

public class SumTask extends RecursiveTask { private static final int THRESHOLD = 1000; private int[] array; private int start; private int end; public SumTask(int[] array, int start, int end) { this.array = array; this.start = start; this.end = end; } @Override protected Integer compute() { if (end - start <= THRESHOLD) { int sum = 0; for (int i = start; i 

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