Java并发编程:深入Fork/Join与线程工具类详解
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更新于2024-09-01
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本章节深入探讨了Java并发编程中的高级工具类,特别是Fork/Join框架及其在处理大规模并行计算任务中的应用。Fork/Join框架基于分而治之的设计原则,将复杂的任务分解为多个子任务,以便多个线程同时执行。该框架的核心是`ForkJoinTask`抽象类,提供了`RecursiveTask`(有返回值)和`RecursiveAction`(无返回值)两种子类,开发者需根据任务特性选择合适的基础类型,并实现`compute()`方法来定义任务的具体逻辑。
1. **分而治之与工作密取**:
- Fork/Join框架利用分治策略,将大任务划分为小任务,每个小任务由单独线程执行。通过工作密取(work stealing)机制,当某个线程执行速度快于其他线程时,会从任务队列中“借”出较慢线程的任务来执行,确保所有任务能在最后一起完成。
2. **使用标准范式**:
- 开发者需要继承`ForkJoinTask`或其子类,如`RecursiveTask`或`RecursiveAction`,并在`compute()`方法中实现具体计算逻辑。例如,为了将10000个数相加,会创建一个`SumArray1.MakeArray`类,将数组划分为多个子数组,每个子任务负责1000个数的加和。
3. **Fork/Join的同步与异步用法**:
- 同步用法展示了如何使用Fork/Join框架进行有返回值任务的处理,如计算数组总和。异步用法则适用于无需返回结果的任务,但可能涉及更复杂的状态管理和通信机制。
此外,章节还介绍了其他并发工具类,如`CountDownLatch`(计数信号量,用于同步多线程操作),`CyclicBarrier`(循环屏障,用于同步一组线程在某个点暂停直到所有线程都到达),`Semaphore`(信号量,控制线程访问共享资源的数量),以及`Exchanger`(交换器,用于线程间数据交换)。这些工具在实际并发编程中各具特色,能帮助解决不同场景下的同步和协调问题,提高程序的效率和可维护性。
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