定制并发类（八）自定义在 Fork/Join 框架中运行的任务

2022-05-09 09:33:18

声明：本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第七章，作者： Javier Fernández González 译者：郑玉婷

自定义在 Fork/Join 框架中运行的任务

执行者框架分开了任务的创建和运行。这样，你只要实现 Runnable 对象来使用 Executor 对象。你可以发送 Runnable 任务给执行者，然后它会创建，管理，并终结必要的线程来执行这些任务。

Java 7 在 Fork/Join 框架中提供了特殊的执行者。这个框架是设计用来解决那些可以使用 divide 和 conquer 技术分成更小点的任务的问题。在一个任务内，你要检查你要解决的问题的大小，如果它比设定的大小还大，你就把问题分成2个或多个任务，再使用框架来执行这些任务。

如果问题的大小比设定的大小要小，你可以在任务中直接解决问题，可选择返回结果。Fork/Join 框架实现 work-stealing 算法来提高这类问题的整体表现。

Fork/Join 框架的主要类是 ForkJoinPool 类。它内部有以下2个元素：

一个等待执行的任务queue
一个执行任务的线程池

默认情况，被 ForkJoinPool类执行的任务是 ForkJoinTask 类的对象。你也可以发送 Runnable 和 Callable 对象给 ForkJoinPool 类，但是他们就不能获得所以 Fork/Join 框架的好处。通常情况，你将发送ForkJoinTask 类的这2个子类中的一个给 ForkJoinPool 对象：

RecursiveAction: 如果你的任务没有返回结果
RecursiveTask: 如果你的任务返回结果

在这个指南，你将学习如何为 Fork/Join 框架实现你自己的任务，实现一个任务扩展ForkJoinTask类。你将要实现的任务是计量运行时间并写入操控台，这样你可以控制它的进展（evolution）。你也可以实现你自己的 Fork/Join 任务来写日志信息，为了获得在这个任务中使用的资源，或者来 post-process 任务的结果。

怎么做呢…

按照这些步骤来实现下面的例子：:

001
//1.   创建一个类，名为 MyWorkerTask，并特别扩展 ForkJoinTask 类参数化 Void type。

002

public abstract class MyWorkerTask extends ForkJoinTask<Void> {

003
 
004
//2.   声明一个私有 String 属性，名为 name，用来储存任务的名字。

005

private String name;

006
 
007
//3.   实现类的构造函数，初始化它的属性。

008

public MyWorkerTask(String name) {

009

this.name=name;

010
}

011
 
012
//4.   实现 getRawResult() 方法。这是 ForkJoinTask 类的抽象方法之一。由于任务不会返回任何结果，此方法返回的一定是null值。

013
@Override

014

public Void getRawResult() {

015

return null;

016
}

017
 
018
//5.   实现 setRawResult() 方法。这是 ForkJoinTask 类的另一个抽象方法。由于任务不会返回任何结果，方法留白即可。

019
@Override

020

protected void setRawResult(Void value) {

021
 
022
}

023
 
024
//6.   实现 exec() 方法。这是任务的主要方法。在这个例子，把任务的算法委托给 compute() 方法。计算方法的运行时间并写入操控台。

025
 
026
@Override

027

protected boolean exec() {

028

    Date startDate=new Date();

029

    compute();

030

    Date finishDate=new Date();

031

    long diff=finishDate.getTime()-startDate.getTime();

032

    System.out.printf("MyWorkerTask: %s : %d Milliseconds to complete.\n",name,diff);

033

    return true;

034
}

035
 
036
//7.    实现 getName() 方法来返回任务的名字。

037

public String getName(){

038

    return name;

039
}

040
 
041
//8.   声明抽象方法 compute()。像我们之前提到的，此方法实现任务的算法，必须是由 MyWorkerTask 类的子类实现。

042

protected abstract void compute();

043
 
044
//9.   创建一个类，名为 Task，延伸 MyWorkerTask 类。

045

public class Task extends MyWorkerTask {

046
 
047
//10. 声明一个私有 int 值 array，名为 array。

048

private int array[];

049
 
050
//11. 实现类的构造函数，初始化它的属性值。

051

public Task(String name, int array[], int start, int end){

052

    super(name);

053

    this.array=array;

054

    this.start=start;

055

    this.end=end;

056
}

057
 
058
//12. 实现 compute() 方法。此方法通过 start 和 end 属性来决定增加array的元素块。如果元素块的元素超过100个，把它分成2部分，并创建2个Task对象来处理各个部分。再使用 invokeAll() 方法把这些任务发送给池。

059

protected void compute() {

060

    if (end-start>100){

061

        int mid=(end+start)/2;

062

        Task task1=new Task(this.getName()+"1",array,start,mid);

063

        Task task2=new Task(this.getName()+"2",array,mid,end);

064

        invokeAll(task1,task2);

065
 
066
//13.如果元素块的元素少于100，使用for循环增加全部的元素。

067

} else {

068

    for (int i=start; i<end; i++) {

069

        array[i]++;

070

    }

071
 
072
//14. 最后，让正在执行任务的线程进入休眠50毫秒。

073

try {

074

    Thread.sleep(50);

075

} catch (InterruptedException e) {

076

    e.printStackTrace();

077
}

078
}

079
}

080
 
081
//15. 创建例子的主类通过创建一个类，名为 Main 并添加 main()方法。

082

public class Main {

083

    public static void main(String[] args) throws Exception {

084
 
085
//16. 创建一个10，000元素的 int array。

086

int array[]=new int[10000];

087
 
088
//17.  创建一个 ForkJoinPool 对象，名为 pool。

089

ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();

090
 
091
//18. Create a 创建一个 Task 对象来增加array的全部元素。构造函数的参数是：任务的名字 Task，array对象，和0 和10000来向这个任务表示要处整个array.

092

Task task=new Task("Task",array,0,array.length);

093
 
094
//19.  使用 execute() 方法发送任务给池。

095
pool.invoke(task);

096
 
097
//20. 使用 shutdown() 方法关闭池。

098
pool.shutdown();

099
 
100
//21. 在操控台写个信息表明程序结束。

101

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

它是怎么工作的…

在这个指南，你实现了扩展 ForkJoinTask 类的 MyWorkerTask 类。这是你的基本类，它可以在 ForkJoinPool 执行者中执行，并且可以获得这个执行者的所以好处，如 work-stealing 算法。这个类等同于 RecursiveAction 和 RecursiveTask 类。

当你扩展 ForkJoinTask 类，你必须实现以下3个方法：

setRawResult(): 此方法是用来设立任务的结果。由于你的任务不返回任何结果，所以留白即可。
getRawResult(): 此方法是用来返回任务的结果。由于你的任务不返回任何结果，此方法会返回null值。
exec(): 此方法实现了任务的算法。在这个例子，你把算法委托给抽象方法 compute() (如 RecursiveAction 类和 RecursiveTask 类），且在exec()方法你计算了方法的运行时间，并写入到操控台。

最后，在例子的主类，你创建了一个有10，000个元素的array，一个 ForkJoinPool 执行者，和一个处理整个array的 Task 对象。运行程序，你可以发现不同的任务运行后都在操控台写入他们的运行时间。

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