Fork/Join框架（二）创建一个Fork/Join池

声明：本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第五章，作者： Javier Fernández González 译者：许巧辉校对：方腾飞

创建一个Fork/Join池

在这个指南中，你将学习如何使用Fork/Join框架的基本元素。它包括：

创建一个ForkJoinPool对象来执行任务。
创建一个ForkJoinPool执行的ForkJoinTask类。

你将在这个示例中使用Fork/Join框架的主要特点，如下：

你将使用默认构造器创建ForkJoinPool。
在这个任务中，你将使用Java API文档推荐的结构：

[code lang=”java”]

If (problem size < default size){
tasks=divide(task);
execute(tasks);
} else {
resolve problem using another algorithm;
}

[/code]

你将以一种同步方式执行任务。当一个任务执行2个或2个以上的子任务时，它将等待它们的结束。通过这种方式，正在执行这些任务的线程（工作线程）将会查找其他任务（尚未执行的任务）来执行，充分利用它们的执行时间。
你将要实现的任务将不会返回任何结果，所以你将使用RecursiveAction作为它们实现的基类。

准备工作

这个指南中的例子使用Eclipse IDE实现。如果你使用Eclipse或其他IDE，如NetBeans，打开它并创建一个新的Java项目。

如何做…

在这个指南中，你将继续实现一个任务来修改产品列表的价格。任务最初是负责更新一个队列中的所有元素。你将会使用10作为参考大小，如果一个任务必须更新超过10个元素，这些元素将被划分成两个部分，并创建两个任务来更新每个部分中的产品的价格。

按以下步骤来实现这个示例：

1.创建类Product，将用来存储产品的名称和价格。

[code lang=”java”]

public class Product {

[/code]

2.声明一个私有的String类型的属性name和一个私有的double类型的属性price。

[code lang=”java”]

private String name;
private double price;

[/code]

3.实现这些方法，用来设置和获取这两个属性的值。

[code lang=”java”]

public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public double getPrice() {
return price;
}
public void setPrice(double price) {

this.price = price;
}
[/code]

4.创建ProductListGenerator类，用来产生随机产品的数列。

[code lang=”java”]

public class ProductListGenerator {

[/code]

5.实现generate()方法。它接收一个数列大小的int类型参数，返回一个产生产品数列的List<Product>对象。

[code lang=”java”]

public List<Product> generate (int size) {

[/code]

6.创建返回产品数列的对象。

[code lang=”java”]

List<Product> ret=new ArrayList<Product>();

[/code]

7.创建产品队列。给所有产品赋予相同值。比如，10用来检查程序是否工作得很好。

[code lang=”java”]

for (int i=0; i<size; i++){
Product product=new Product();
product.setName("Product"+i);
product.setPrice(10);
ret.add(product);
}
return ret;
}

[/code]

8.创建Task类，指定它继承RecursiveAction类。

[code lang=”java”]

public class Task extends RecursiveAction {

[/code]

9.声明类的序列版本UID。这个元素是必需的，因为RecursiveAction类的父类ForkJoinTask实现了Serializable接口。

[code lang=”java”]

private static final long serialVersionUID = 1L;

[/code]

10.声明一个私有的、List<Product>类型的属性products。

[code lang=”java”]

private List<Product> products;

[/code]

11.声明两个私有的、int类型的属性first和last。这些属性将决定这个任务产品的阻塞过程。

[code lang=”java”]

private int first;
private int last;

[/code]

12.声明一个私有的、double类型的属性increment，用来存储产品价格的增长。

[code lang=”java”]

private double increment;

[/code]

13.实现这个类的构造器，初始化所有属性。

[code lang=”java”]

public Task (List<Product> products, int first, int last, double increment) {
this.products=products;
this.first=first;
this.last=last;
this.increment=increment;
}

[/code]

14.实现compute()方法，该方法将实现任务的逻辑。

[code lang=”java”]

@Override
protected void compute() {

[/code]

15.如果last和first的差小于10（任务只能更新价格小于10的产品），使用updatePrices()方法递增的设置产品的价格。

[code lang=”java”]

if (last-first<10) {
updatePrices();

[/code]

16.如果last和first的差大于或等于10，则创建两个新的Task对象，一个处理产品的前半部分，另一个处理产品的后半部分，然后在ForkJoinPool中，使用invokeAll()方法执行它们。

[code lang=”java”]

} else {
int middle=(last+first)/2;
System.out.printf("Task: Pending tasks:
%s\n",getQueuedTaskCount());
Task t1=new Task(products, first,middle+1, increment);
Task t2=new Task(products, middle+1,last, increment);
invokeAll(t1, t2);
}

[/code]

17.实现updatePrices()方法。这个方法更新产品队列中位于first值和last值之间的产品。

[code lang=”java”]

private void updatePrices() {
for (int i=first; i<last; i++){
Product product=products.get(i);
product.setPrice(product.getPrice()*(1+increment));
}
}
[/code]

18.实现这个示例的主类，通过创建Main类，并实现main()方法。

[code lang=”java”]

public class Main {
public static void main(String[] args) {

[/code]

19.使用ProductListGenerator类创建一个包括10000个产品的数列。

[code lang=”java”]

ProductListGenerator generator=new ProductListGenerator();
List<Product> products=generator.generate(10000);

[/code]

20.创建一个新的Task对象，用来更新产品队列中的产品。first参数使用值0，last参数使用值10000（产品数列的大小）。

[code lang=”java”]

Task task=new Task(products, 0, products.size(), 0.20);

[/code]

21.使用无参构造器创建ForkJoinPool对象。

[code lang=”java”]

ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();

[/code]

22.在池中使用execute()方法执行这个任务。

[code lang=”java”]

pool.execute(task);

[/code]

23.实现一个显示关于每隔5毫秒池中的变化信息的代码块。将池中的一些参数值写入到控制台，直到任务完成它的执行。

[code lang=”java”]

do {
System.out.printf("Main: Thread Count: %d\n",pool.getActiveThreadCount());
System.out.printf("Main: Thread Steal: %d\n",pool.getStealCount());
System.out.printf("Main: Parallelism: %d\n",pool.getParallelism());
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} while (!task.isDone());

[/code]

24.使用shutdown()方法关闭这个池。

[code lang=”java”]

pool.shutdown();

[/code]

25.使用isCompletedNormally()方法检查假设任务完成时没有出错，在这种情况下，写入一条信息到控制台。

[code lang=”java”]

if (task.isCompletedNormally()){
System.out.printf("Main: The process has completed
normally.\n");
}

[/code]

26.在增长之后，所有产品的价格应该是12。将价格不是12的所有产品的名称和价格写入到控制台，用来检查它们错误地增长它们的价格。

[code lang=”java”]

for (int i=0; i<products.size(); i++){
Product product=products.get(i);
if (product.getPrice()!=12) {
System.out.printf("Product %s: %f\n",product.getName(),product.getPrice());
}
}

[/code]

27.写入一条信息到控制台表明程序的结束。

[code lang=”java”]

System.out.println("Main: End of the program.\n");
[/code]

它是如何工作的…

在这个示例中，你已经创建一个ForkJoinPool对象和一个在池中执行的ForkJoinTask类的子类。为了创建ForkJoinPool对象，你已经使用了无参构造器，所以它会以默认的配置来执行。它创建一个线程数等于计算机处理器数的池。当ForkJoinPool对象被创建时，这些线程被创建并且在池中等待，直到有任务到达让它们执行。

由于Task类没有返回结果，所以它继承RecursiveAction类。在这个指南中，你已经使用了推荐的结构来实现任务。如果这个任务更新超过10产品，它将被分解成两部分，并创建两个任务，一个任务执行一部分。你已经在Task类中使用first和last属性，用来了解这个任务要更新的产品队列的位置范围。你已经使用first和last属性，只复制产品数列一次，而不是为每个任务创建不同的数列。

它调用invokeAll()方法，执行每个任务所创建的子任务。这是一个同步调用，这个任务在继续（可能完成）它的执行之前，必须等待子任务的结束。当任务正在等待它的子任务（结束）时，正在执行它的工作线程执行其他正在等待的任务。在这种行为下，Fork/Join框架比Runnable和Callable对象本身提供一种更高效的任务管理。

ForkJoinTask类的invokeAll()方法是执行者（Executor）和Fork/Join框架的一个主要区别。在执行者框架中，所有任务被提交给执行者，而在这种情况下，这些任务包括执行和控制这些任务的方法都在池内。你已经在Task类中使用invokeAll()方法，它是继承了继承ForkJoinTask类的RecursiveAction类。

你使用execute()方法提交唯一的任务给这个池，用来所有产品数列。在这种情况下，它是一个异步调用，而主线程继续它的执行。

你已经使用ForkJoinPool类的一些方法，用来检查正在运行任务的状态和变化。基于这个目的，这个类包括更多的方法。参见有这些方法完整列表的监控一个Fork/Join池指南。

最后，与执行者框架一样，你应该使用shutdown()方法结束ForkJoinPool。
 以下截图显示这个示例执行的一部分：

你可以看出任务正在完成它们的工作和产品价格的更新。

不止这些…

ForkJoinPool类提供其他的方法，用来执行一个任务。这些方法如下：

execute (Runnable task)：这是在这个示例中，使用的execute()方法的另一个版本。在这种情况下，你可以提交一个Runnable对象给ForkJoinPool类。注意：ForkJoinPool类不会对Runnable对象使用work-stealing算法。它（work-stealing算法）只用于ForkJoinTask对象。

invoke(ForkJoinTask<T> task)：当execute()方法使用一个异步调用ForkJoinPool类，正如你在本示例中所学的，invoke()方法使用同步调用ForkJoinPool类。这个调用不会（立即）返回，直到传递的参数任务完成它的执行。

你也可以使用在ExecutorService接口的invokeAll()和invokeAny()方法。这些方法接收一个Callable对象作为参数。ForkJoinPool类不会对Callable对象使用work-stealing算法，所以你最好使用执行者去执行它们。

ForkJoinTask类同样提供在示例中使用的invokeAll()的其他版本。这些版本如下：

invokeAll(ForkJoinTask<?>… tasks)：这个版本的方法使用一个可变参数列表。你可以传入许多你想要执行的ForkJoinTask对象作为参数。

invokeAll(Collection<T> tasks)：这个版本的方法接收一个泛型类型T对象的集合（如：一个ArrayList对象，一个LinkedList对象或者一个TreeSet对象）。这个泛型类型T必须是ForkJoinTask类或它的子类。

即使ForkJoinPool类被设计成用来执行一个ForkJoinTask，你也可以直接执行Runnable和Callable对象。你也可以使用ForkJoinTask类的adapt()方法来执行任务，它接收一个Callable对象或Runnable对象（作为参数）并返回一个ForkJoinTask对象。参见