AQS同步组件-ForkJoin、BlockingQueue阻塞队列解析和用例

ForkJoin

ForkJoin是Java7提供的一个并行执行任务的框架，是把大任务分割成若干个小任务，待小任务完成后将结果汇总成大任务结果的框架。主要采用的是工作窃取算法，工作窃取算法是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行。Fork就是把一个大任务切分为若干子任务并行的执行，Join就是合并这些子任务的执行结果，最后得到这个大任务的结果。 工作窃取（work-stealing）算法是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行. 假如我们需要做一个比较大的任务，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，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。 优点

• 充分利用线程进行并行计算，减少了线程间的竞争。

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。
• 该算法会消耗了更多的系统资源，比如创建多个线程和多个双端队列

参考案例：

/**
 * ForkJoinTask
 * 通常情况下，我们不需要直接继承ForkJoinTask类，只需要继承它的子类。
 * Fork/Join框架提供了以下两个子类：
 * RecursiveAction：用于没有返回结果的任务
 * RecursiveTask：用于有返回结果的任务
 * @author zjq
 */
@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;
    }

    /**
     * 执行fork()和join()操作
     * @return
     */
    @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) {
        //ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行
        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);
        }
    }
}

BlockingQueue阻塞队列

主要应用场景：生产者消费者模型，是线程安全的

阻塞情况

1、当队列满了进行入队操作 2、当队列空了的时候进行出队列操作

四套方法

BlockingQueue提供了四套方法，分别来进行插入、移除、检查。每套方法在不能立刻执行时都有不同的反应。

• Throws Exceptions ：如果不能立即执行就抛出异常。
• Special Value：如果不能立即执行就返回一个特殊的值。
• Blocks：如果不能立即执行就阻塞
• Times Out：如果不能立即执行就阻塞一段时间，如果过了设定时间还没有被执行，则返回一个值

实现类

• ArrayBlockingQueue：它是一个有界的阻塞队列，内部实现是数组，初始化时指定容量大小，一旦指定大小就不能再变。采用FIFO方式存储元素。
• DelayQueue：阻塞内部元素，内部元素必须实现Delayed接口，Delayed接口又继承了Comparable接口，原因在于DelayQueue内部元素需要排序，一般情况按过期时间优先级排序。

DalayQueue内部采用PriorityQueue与ReentrantLock实现。

public class DelayQueue<E extends Delayed> extends AbstractQueue<E>
    implements BlockingQueue<E> {

    private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
    ...
}

• LinkedBlockingQueue：大小配置可选，如果初始化时指定了大小，那么它就是有边界的。不指定就无边界（最大整型值）。内部实现是链表，采用FIFO形式保存数据。

public LinkedBlockingQueue() {
    this(Integer.MAX_VALUE);//不指定大小，无边界采用默认值，最大整型值
}

• PriorityBlockingQueue:带优先级的阻塞队列。无边界队列，允许插入null。插入的对象必须实现Comparator接口，队列优先级的排序规则就是按照我们对Comparable接口的实现来指定的。我们可以从PriorityBlockingQueue中获取一个迭代器，但这个迭代器并不保证能按照优先级的顺序进行迭代。
• SynchronusQueue：只能插入一个元素，同步队列，无界非缓存队列，不存储元素。

本文内容到此结束了，

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