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:

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

  • 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。


public class Product {

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。


private String name;
private double price;

3.实现这些方法,用来设置和获取这两个属性的值。


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;
}

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


public class ProductListGenerator {

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。


public List<Product> generate (int size) {

6.创建返回产品数列的对象。


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

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。


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

8.创建Task类,指定它继承RecursiveAction类。


public class Task extends RecursiveAction {

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。


private static final long serialVersionUID = 1L;

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


private List&lt;Product&gt; products;

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。


private int first;
private int last;

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。


private double increment;

13.实现这个类的构造器,初始化所有属性。


public Task (List&lt;Product&gt; products, int first, int last, double increment) {
this.products=products;
this.first=first;
this.last=last;
this.increment=increment;
}

14.实现compute()方法 ,该方法将实现任务的逻辑。


@Override
protected void compute() {

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。


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

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。


} 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);
}

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。


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

18.实现这个示例的主类,通过创建Main类,并实现main()方法。


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

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


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

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)。


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

21.使用无参构造器创建ForkJoinPool对象。


ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();

22.在池中使用execute()方法执行这个任务 。


pool.execute(task);

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。


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());

24.使用shutdown()方法关闭这个池。


pool.shutdown();

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。


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

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。


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());
}
}

27.写入一条信息到控制台表明程序的结束。


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

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:

2

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

  • 在第8章,测试并发应用程序中的监控一个Fork/Join池的指南

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Snway

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  • 评论 (9)
  1. 写得真好java并发领域需要丰富的中文资料啊。现在可以参考的也就一本《java并发编程实战》

    • max
    • 2013/09/11 4:50下午

    小小的建议,展现出来所有的代码,一点点的看好不容易

    • dust_jead
    • 2014/04/05 6:16上午

    >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,它是一个同步调用,而主线程继>续它的执行。

    这一句不是很理解:主线程在执行到execute()时,应该不会等execute()执行完毕就继续向下执行do while。那么这句”它是一个同步调用”又是针对哪里来说的呢?

    • guisz
    • 2014/08/29 4:44下午

    package forkJoin;

    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
    import java.util.concurrent.RecursiveAction;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;

    public class Task extends RecursiveAction {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private List products;
    private int first;
    private int last;
    private double increment;

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

    @Override
    protected void compute() {
    if (last – first < 10) {
    updatePrices();
    } 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);
    }
    }

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

    public static void main(String[] args) {
    ProductListGenerator generator = new ProductListGenerator();
    List products = generator.generate(10000);
    Task task = new Task(products, 0, products.size(), 0.20);
    ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
    pool.execute(task);
    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());
    pool.shutdown();
    if (task.isCompletedNormally()) {
    System.out.printf(“Main: The process has completednormally.\n”);
    }
    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());
    }
    }
    System.out.println("Main: End of the program.\n");
    }

    }

    • guisz
    • 2014/08/29 4:44下午

    package forkJoin;

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;

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

    • guisz
    • 2014/08/29 4:45下午

    package forkJoin;

    public class Product {
    private String name;
    private double price;
    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;
    }

    }

    • jack_cheney
    • 2015/08/25 4:27下午

    你好,我想请教一个问题。在compute的时候,有写例子会调用 invokeAll(t1,t2),有些例子会 t1.fork();t2,fork();t1.join();t2.join 。
    我看了invokeAll的实现是:t2.fork(); t1.invoke(); t2.join()
    是否说明,这两种实质上是一样的?

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