Java中的Fork/Join框架

看了下Java Tutorials中的fork/join章节,整理下。

什么是fork/join框架

  fork/join框架是ExecutorService接口的一个实现,可以帮助开发人员充分利用多核处理器的优势,编写出并行执行的程序,提高应用程序的性能;设计的目的是为了处理那些可以被递归拆分的任务。

  fork/join框架与其它ExecutorService的实现类相似,会给线程池中的线程分发任务,不同之处在于它使用了工作窃取算法,所谓工作窃取,指的是对那些处理完自身任务的线程,会从其它线程窃取任务执行。

  fork/join框架的核心是ForkJoinPool类,该类继承了AbstractExecutorService类。ForkJoinPool实现了工作窃取算法并且能够执行 ForkJoinTask任务。

基本使用方法

  在使用fork/join框架之前,我们需要先对任务进行分割,任务分割代码应该跟下面的伪代码类似:

if (任务足够小){ 直接执行该任务;
}
else{ 将任务一分为二; 执行这两个任务并等待结果;
}

  首先,我们会在ForkJoinTask的子类中封装以上代码,不过一般我们会使用更加具体的ForkJoinTask类型,如 RecursiveTask(可以返回一个结果)或RecursiveAction

  当写好ForkJoinTask的子类后,创建该对象,该对象代表了所有需要完成的任务;然后将这个任务对象传给ForkJoinPool实例的invoke()去执行即可。

例子-图像模糊

  为了更加直观的理解fork/join框架是如何工作的,可以看一下下面这个例子。假定我们有一个图像模糊的任务需要完成,原始图像数据可以用一个整型数组表示,每一个整型元素包含了一个像素点的颜色值(RBG,存放在整型元素的不同位中)。目标图像同样是由一个整型数组构成,每个整型元素包含RBG颜色信息;

  执行模糊操作需要遍历原始图像整型数组的每个元素,并对其周围的像素点做均值操作(RGB均值),然后将结果存放到目标数组中。由于图像是一个大数组,这个处理操作会花费一定的时间。但是有了fork/join框架,我们可以充分利用多核处理器进行并行计算。如下是一个可能的代码实现(图像做水平方向的模糊操作):

Tips:该例子仅仅是阐述fork/join框架的使用,并不推荐使用该方法做图像模糊,图像边缘处理也没做判断

public class ForkBlur extends RecursiveAction { private static final long serialVersionUID = -8032915917030559798L; private int[] mSource; private int mStart; private int mLength; private int[] mDestination; private int mBlurWidth = 15; // Processing window size, should be odd. public ForkBlur(int[] src, int start, int length, int[] dst) { mSource = src; mStart = start; mLength = length; mDestination = dst; } // Average pixels from source, write results into destination. protected void computeDirectly() { int sidePixels = (mBlurWidth - 1) / 2; for (int index = mStart; index < mStart + mLength; index++) { // Calculate average. float rt = 0, gt = 0, bt = 0; for (int mi = -sidePixels; mi <= sidePixels; mi++) { int mindex = Math.min(Math.max(mi + index, 0), mSource.length - 1); int pixel = mSource[mindex]; rt += (float) ((pixel & 0x00ff0000) >> 16) / mBlurWidth; gt += (float) ((pixel & 0x0000ff00) >> 8) / mBlurWidth; bt += (float) ((pixel & 0x000000ff) >> 0) / mBlurWidth; } // Re-assemble destination pixel. int dpixel = (0xff000000) | (((int) rt) << 16) | (((int) gt) << 8) | (((int) bt) << 0); mDestination[index] = dpixel; } } ...

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