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      ForkJoinPool 探索

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      ForkJoinPool 探索

      2023-02-28 10:45:09 阅读次数:128

      Spring,spring

      介绍

      “分而治之“是理清思路和解决问题的一个重要的方法。大到系统架构对功能模块的拆分,小到归并排序的实现,无一不在散发着分而治之的思想。在实现分而治之的算法的时候,我们通常使用递归的方法。递归相当于把大的任务拆成多个小的任务,然后大任务等待多个小的子任务执行完成后,合并子任务的结果。一般来说,父任务依赖与子任务的执行结果,子任务与子任务之间没有依赖关系。因此子任务之间可以并发执行来提升性能。于是ForkJoinPool提供了一个并发处理“分而治之”的框架,让我们能以类似于递归的编程方式获得并发执行的能力。

      使用

      分而治之代码典型的形式如下:

      Result solve(Problem problem) {
          if (problem is small) {
              directly solve problem
          } else {
              split problem into independent parts
              fork new subtasks to solve each part
              join all subtasks
              compose result from subresults
          }
      }

      计算斐波那契数:

      Class Fibonacci extends RecursiveTask<Integer> {
         final int n;
         Fibonacci(int n) { this.n = n; }
         Integer compute() {
           if (n <= 1)
             return n;
           Fibonacci f1 = new Fibonacci(n - 1);
           f1.fork();
           Fibonacci f2 = new Fibonacci(n - 2);
           return f2.compute() + f1.join();
         }
      }

      原理

      ForkJoinPool的核心在于其轻量级的调度机制,采用了Cilk的work-stealing的基本调度策略:

      • 每个工作线程维持一个任务队列

      • 任务队列以双端队列的形式维护,不仅支持先进后出的push和pop操作,还支持先进先出的take操作

      • 由父任务fork出来的子任务被push到运行该父任务的工作线程对应的任务队列中

      • 工作线程以先进后出的方式处理pop自己任务队列中的任务(优先处理最年轻的任务)

      • 当任务队列中没有任务时,工作线程尝试随机从其他任务队列中窃取任务

      • 当工作线程没有任务可以执行,且窃取不到任务时,它会“退出”(yiled、sleep、优先级调整),经过一段时间后再次尝试。除非其他所有的线程也都没有任务可以执行,这种情况下它们会一直阻塞直到有新的任务从上层添加进来

      一个简单的实现:

      public class NaiveForkJoinPool {
          private final TaskQueue[] submissionQueues;
          private final TaskQueue[] workerQueues;
          private final WorkerThread[] workers;
          private final AtomicInteger aliveCount;
          private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
          private final Condition taskEmpty = lock.newCondition();
          private final int parallelism;
      
          public NaiveForkJoinPool(int parallelism) {
              this.parallelism = parallelism;
              submissionQueues = new TaskQueue[parallelism];
              workerQueues = new TaskQueue[parallelism];
              workers = new WorkerThread[parallelism];
              aliveCount = new AtomicInteger(parallelism);
      
              for (int i = 0; i < parallelism; i++) {
                  submissionQueues[i] = new TaskQueue();
                  workerQueues[i] = new TaskQueue();
                  workers[i] = new WorkerThread(this, workerQueues[i]);
              }
      
              for (int i = 0; i < parallelism; i++) {
                  workers[i].start();
              }
          }
      
          public <T> T invoke(Task<T> task) {
              TaskQueue sd = submissionQueues[(submissionQueues.length
                      - 1) & ThreadLocalRandom.current().nextInt()];
              sd.push(task);
              tryCompensate();
              return task.join();
          }
      
          public <T> List<T> invokeAll(Task<T>... tasks) {
              List<T> res = new LinkedList<>();
              for (Task<T> task : tasks) {
                  TaskQueue sd = submissionQueues[(submissionQueues.length
                          - 1) & ThreadLocalRandom.current().nextInt()];
                  sd.push(task);
                  tryCompensate();
                  res.add(task.join());
              }
              return res;
          }
      
          void tryCompensate() {
              if (aliveCount.get() < parallelism) {
                  lock.lock();
                  if (aliveCount.get() < parallelism) {
                      taskEmpty.signal();
                  }
                  lock.unlock();
              }
          }
      
          void runWorker() {
              int len = submissionQueues.length;
              int startIndex = (ThreadLocalRandom.current().nextInt()) & (len -
                      1);
              for (Task task = null; ; ) {
                  if (task != null || (task = scan(startIndex)) != null) {
                      task.runTask();
                      task = null;
                  } else {
                      task = awaitForWork(startIndex);
                  }
              }
          }
      
          Task scan(int startIndex) {
              Task task;
              if ((task = scan(startIndex, submissionQueues)) != null) {
                  return task;
              }
              if ((task = scan(startIndex, workerQueues)) != null) {
                  return task;
              }
              return null;
          }
      
          Task scan(int startIndex, TaskQueue[] queues) {
              for (int i = startIndex, len = queues.length; i <
                      startIndex + len; i++) {
                  TaskQueue td = queues[i & (len - 1)];
                  Task task = td.take();
                  if (task != null) {
                      return task;
                  }
              }
              return null;
          }
      
          Task awaitForWork(int startIndex) {
              lock.lock();
              try {
                  Task task = scan(startIndex);
                  if (task != null) {
                      return task;
                  }
                  aliveCount.decrementAndGet();
                  try {
                      taskEmpty.await();
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
                  aliveCount.incrementAndGet();
                  return null;
              } finally {
                  lock.unlock();
              }
          }
      
          class WorkerThread extends Thread {
              NaiveForkJoinPool pool;
              TaskQueue workQueue;
      
              public WorkerThread(NaiveForkJoinPool pool, TaskQueue workQueue) {
                  this.pool = pool;
                  this.workQueue = workQueue;
              }
      
              @Override
              public void run() {
                  runWorker();
              }
          }
      
          static abstract class Task<T> {
              static final int NORMAL = 1;
              final AtomicInteger status = new AtomicInteger();
              final CountDownLatch isDone = new CountDownLatch(1);
              private T result;
      
      
              public abstract T compute();
      
              public void runTask() {
                  result = compute();
                  status.set(NORMAL);
                  isDone.countDown();
              }
      
              public Task<T> fork() {
                  WorkerThread t = (WorkerThread) Thread.currentThread();
                  t.workQueue.push(this);
                  t.pool.tryCompensate();
                  return this;
              }
      
              public T join() {
                  Thread currentThread = Thread.currentThread();
      
                  if (currentThread instanceof WorkerThread) {
                      WorkerThread t = (WorkerThread) Thread.currentThread();
                      TaskQueue wk = t.workQueue;
                      for (Task task = wk.pop(); task != null; task = wk.pop()) {
                          task.runTask();
                          if (task == this) {
                              return result;
                          }
                      }
                      waitForComplete();
                  } else {
                      waitForComplete();
                  }
                  return result;
              }
      
              void waitForComplete() {
                  try {
                      isDone.await();
                  } catch (InterruptedException e) {
                  }
              }
          }
      
          static class TaskQueue {
              private final Deque<Task> deque = new ConcurrentLinkedDeque<>();
      
              public void push(Task task) {
                  deque.push(task);
              }
      
              public Task pop() {
                  return deque.pollFirst();
              }
      
              public Task take() {
                  return deque.pollLast();
      
              }
          }
      }
      版权声明:本文内容来自第三方投稿或授权转载,原文地址:http://ifeve.com/forkjoinpool-%e6%8e%a2%e7%b4%a2/,作者:并发编程网,版权归原作者所有。本网站转在其作品的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如因作品内容、版权等问题需要同本网站联系,请发邮件至ctyunbbs@chinatelecom.cn沟通。

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      解决Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: org/eclipse/jetty/server/Handler

      springmvc参数设置默认值,多地址请求

      bean的继承和依赖

      Failed to instantiate [java.lang.Long]: No default constructor found;nested exception is java.lang()

      Failed to start bean ‘org.springframework.amqp.rabbit.config.internalRabbitListenerEndpointRegistry‘

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