1. 什么是ForkJoinPool
　　ForkJoinPool是JDK7引入的线程池，核心思想是将大的任务拆分成多个小任务（即fork），然后在将多个小任务处理汇总到一个结果上（即join），非常像MapReduce处理原理。同时，它提供基本的线程池功能，支持设置最大并发线程数，支持任务排队，支持线程池停止，支持线程池使用情况监控，也是AbstractExecutorService的子类，主要引入了“工作窃取”机制，在多CPU计算机上处理性能更佳。

可以设置最大并发线程数，大的任务拆分成多的小任务

1.1 work-stealing（工作窃取算法）
　　work-stealing（工作窃取），ForkJoinPool提供了一个更有效的利用线程的机制，当ThreadPoolExecutor还在用单个队列存放任务时，ForkJoinPool已经分配了与线程数相等的队列，当有任务加入线程池时，会被平均分配到对应的队列上，各线程进行正常工作，当有线程提前完成时，会从队列的末端“窃取”其他线程未执行完的任务，当任务量特别大时，CPU多的计算机会表现出更好的性能。

　ForkJoinPool ：ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行，任务分割出的子任务会添加到当前工作线程所维护的双端队列中，进入队列的头部。当一个工作线程的队列里暂时没有任务时，它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务。
　　线程池监控
　　在线程池使用监控方面，主要通过如下方法：
　　isTerminated—判断线程池对应的workQueue中是否有待执行任务未执行完；
　　awaitTermination—判断线程池是否在约定时间内完成，并返回完成状态；
　　getQueuedSubmissionCount—获取所有待执行的任务数；
　　getRunningThreadCount—获取正在运行的任务数。
4. java8 ParallelStreams
　　Java 8为ForkJoinPool添加了一个通用线程池，这个线程池用来处理那些没有被显式提交到任何线程池的任务。它是ForkJoinPool类型上的一个静态元素，它拥有的默认线程数量等于运行计算机上的处理器数量。当调用Arrays类上添加的新方法时，自动并行化就会发生。比如用来排序一个数组的并行快速排序，用来对一个数组中的元素进行并行遍历。自动并行化也被运用在Java 8新添加的Stream API中。

ForkJoinPool是ExecutorService的实现类，因此是一种特殊的线程池。

使用方法：创建了ForkJoinPool实例之后，就可以调用ForkJoinPool的submit(ForkJoinTask<T> task) 或invoke(ForkJoinTask<T> task)方法来执行指定任务了。

其中ForkJoinTask代表一个可以并行、合并的任务。ForkJoinTask是一个抽象类，它还有两个抽象子类：RecusiveAction和RecusiveTask。其中RecusiveTask代表有返回值的任务，而RecusiveAction代表没有返回值的任务。

案列一：通过多线程分多个小任务进行打印数据  无返回值的

案列二：通过多线程分多个小任务进行数据累加  返回结果集

 

总结
1，invokeAll(task)方法，主动执行其它的ForkJoinTask，并等待Task完成。（同步的）

2，fork方法，让一个task执行（异步的）

3，join方法，让一个task执行（同步的，它和fork不同点是同步或者异步的区别）

4，可以使用join来取得ForkJoinTask的返回值。由于RecursiveTask类实现了Future接口，所以也可以使用get()取得返回值。 
get()和join()有两个主要的区别： 
join()方法不能被中断。如果你中断调用join()方法的线程，这个方法将抛出InterruptedException异常。 
如果任务抛出任何未受检异常，get()方法将返回一个ExecutionException异常，而join()方法将返回一个RuntimeException异常。

5，ForkJoinTask在不显示使用ForkJoinPool.execute/invoke/submit()方法进行执行的情况下，也可以使用自己的fork/invoke方法进行执行。 
使用fork/invoke方法执行时，其实原理也是在ForkJoinPool里执行，只不过使用的是一个“在ForkJoinPool内部生成的静态的”ForkJoinPool。

6，ForkJoinTask有两个子类，RecursiveAction和RecursiveTask。他们之间的区别是，RecursiveAction没有返回值，RecursiveTask有返回值。

7，看看ForkjoinTask的Complete方法的使用场景 
这个方法好要是用来使一个任务结束。这个方法被用在结束异步任务上，或者为那些能不正常结束的任务，提供一个选择。

8，Task的completeExceptionally方法是怎么回事。 
这个方法被用来，在异步的Task中产生一个exception，或者强制结束那些“不会结束”的任务 
这个方法是在Task想要“自己结束自己”时，可以被使用。而cancel方法，被设计成被其它TASK调用。 
当你在一个任务中抛出一个未检查异常时，它也影响到它的父任务（把它提交到ForkJoinPool类的任务）和父任务的父任务，以此类推。

9，可以使用ForkJoinPool.execute(异步，不返回结果)、invoke(同步，返回结果)、submit(异步，返回结果)方法，来执行ForkJoinTask。

10，ForkJoinPool有一个方法commonPool()，这个方法返回一个ForkJoinPool内部声明的静态ForkJoinPool实例。 在jdk1.8里面才有。文档上说，这个方法适用于大多数的应用。这个静态实例的初始线程数，为“CPU核数-1 ”（Runtime.getRuntime().availableProcessors() - 1）。 
ForkJoinTask自己启动时，使用的就是这个静态实例。

ForkJoinPool核心是work-stealing算法，翻译过来叫"工作窃取"算法，有点别扭，还是叫work-stealing吧。

ForkJoinPool里有三个重要的角色：

• ForkJoinWorkerThread（下文简称worker）：包装Thread；
• WorkQueue：任务队列，双向；
• ForkJoinTask：worker执行的对象，实现了Future。两种类型，一种叫submission，另一种就叫task。

ForkJoinPool使用数组保存所有WorkQueue（下文经常出现的WorkQueue[]），每个worker有属于自己的WorkQueue，但不是每个WorkQueue都有对应的worker。

• 没有worker的WorkQueue：保存的是submission，来自外部提交，在WorkQueue[]的下标是偶数；
• 属于worker的WorkQueue：保存的是task，在WorkQueue[]的下标是奇数。

WorkQueue是一个双端队列，同时支持LIFO(last-in-first-out)的push和pop操作，和FIFO(first-in-first-out)的poll操作，分别操作top端和base端。worker操作自己的WorkQueue是LIFO操作(可选FIFO)，除此之外，worker会尝试steal其他WorkQueue里的任务，这个时候执行的是FIFO操作。

分开两端取任务的好处：

• LIFO操作只有对应的worker才能执行，push和pop不需要考虑并发；
• 拆分时，越大的任务越在WorkQueue的base端，尽早分解，能够尽快进入计算。

光看概念一知半解，我们进入ForkJoinPool的代码。本文首先从构造函数和类开始了解ForkJoinPool的基本参数，下篇再详细过一遍流程。

任务ForkJoinTask

ForkJoinPool执行任务的对象是ForkJoinTask，它是一个抽象类，有两个具体实现类RecursiveAction和RecursiveTask。

ForkJoinTask的抽象方法exec由RecursiveAction和RecursiveTask实现，它被定义为final，具体的执行步骤compute延迟到子类实现。很容易看出RecursiveAction和RecursiveTask的区别，前者没有result，getRawResult返回空，它们对应不需要返回结果和需要返回结果两种场景。

ForkJoinTask里很重要的字段是它的状态status，默认是0，当得出结果时变更为负数，有三种结果：

• NORMAL
• CANCELLED
• EXCEPTIONAL

除此之外，在得出结果之前，任务状态能够被设置为SIGNAL，表示有线程等待这个任务的结果，执行完成后需要notify通知，具体看后文的join。

ForkJoinTask在触发执行后，并不支持其他什么特别操作，只能等待任务执行完成。CountedCompleter是ForkJoinTask的子类，它在子任务协作方面扩展了更多操作。我们聚焦ForkJoinPool主线流程，CountedCompleter相关内容另文再介绍。

WorkQueue

WorkQueue是一个双端队列，它定义在ForkJoinPool类里。

scanState描述WorkQueue当前状态：

• 偶数表示RUNNING
• 奇数表示SCANNING
• 负数表示inactive

stackPred是WorkQueue组成TreiberStack时，保存前者的字段。

base和top分别指向WorkQueue的两端，小小区别是base带上了volatile，回答了对top端push和pop不需要考虑并发这个优点。

操作WorkQueue前需要锁定，记录在字段qlock：

• 1：锁定；
• 0：未锁定；
• 负数：对应的worker已经撤销注册，WorkQueue也就终止使用。

WorkQueue也有config，不要和ForkJoinPool的config混淆了。WorkQueue的config记录了在WorkQueue[]的下标和当前mode。

ForkJoinPool状态修改

• STARTED
• STOP
• TERMINATED
• SHUTDOWN
• RSLOCK
• RSIGNAL

runState记录了ForkJoinPool的运行状态，除了SHUTDOWN是负数，其他都是正数。前面四种不用说了，线程池标准状态流转。在多线程环境修改runState，不能简单想改就改，需要先获取锁，RSLOCK和RSIGNAL就用在这里。

 

修改前调用lockRunState锁定，检查当前状态，尝试一次使用CAS修改runState为RSLOCK。需要状态变化的机会很少，大多数时间一次就能成功，但不能排除少几率的竞争，这时候进入awaitRunStateLock。

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Java7 ForkJoinPool使用及源码解析

Java7中引入了一种新的并发框架-Fork/Join，Fork/Join采用分治+work-stealing的思想，Fork/Join相教于其他并发框架有其适合的使用场景：如果一个任务能够被分为多个子任务，通过组合这些子任务的结果就能获得最终结果，那么这项任务就适合用Fork/Join模式解决。

一、ForkJoinPool使用示例

如上说述，递归问题比较适合用ForkJoin框架解决，如求Fibonacci数列的第N项值: F(n) = F(n-1) + F(n-2)，实现如下：

二、ForkJoinPool解析

• 2.1 ForkJoinPool构造函数

ForkJoinPool一共有3个共有构造函数，如下

execute方法和submit方法大致逻辑相同，都是先对任务做非空校验再讲任务压入ForkJoinPool中的执行队列，唯一不同的是submit会把任务对象本身返回，返回后可以通过get()方法获取执行结果。和execute方法、submit方法不同，invoke方法将任务压入队列后会执行join()方法，阻塞当前线程。

• 2.3 ForkJoinWorkerThreadFactory与ForkJoinWorkerThread

ForkJoinPool提供了一个线程创建工厂接口并提供了默认实现，通过该工厂可以创建ForkJoinWorkerThread线程

ForkJoinWorkerThread主要有两个成员变量，一个是线程所归属的ForkJoinPool线程池，另一个是存放ForkJoinTask的任务队列，可见每个ForkJoinWorkerThread线程都维护一个任务队列，该队列提供LIFO和FIFO两种出队方式

• 2.4 ForkJoinTask.fork()方法

fork()方法判断当前线程是否是ForkJoinWorkerThread的实例，如果是则将任务压入当前线程的队列中；如果不是则将任务压入ForkJoinPool的公用线程池的执行队列中