1. 核心概念简述

Fork/Join 框架是 Java 7 引入的一个用于并行执行任务的框架，其核心思想是分治法（Divide and Conquer）：

  • Fork（分解）：将一个大任务拆分成若干个互不依赖的小任务。如果小任务还不够小，就继续拆分，直到达到阈值。
  • Join（合并）：执行这些小任务，并将它们的结果递归合并，最终得到大任务的结果。

它主要用于加速CPU 密集型任务的计算，充分利用多核处理器的优势。

2. 原理与源码关键点

Fork/Join 框架主要包含两个核心组件：ForkJoinPool（线程池）和 ForkJoinTask（任务）。

工作窃取算法 (Work-Stealing Algorithm) —— 核心考点

这是 Fork/Join 框架性能高效的关键。

  • 双端队列：池中的每个工作线程（Worker Thread）都有自己的双端队列（Deque）。
  • LIFO（后进先出）：线程自己产生的任务放在队头，自己取任务也从队头取（类似栈，利用 CPU 缓存局部性）。
  • Stealing（窃取）：当一个线程完成了自己队列中的所有任务，它不会闲着，而是随机从其他繁忙线程的队列队尾（Tail）“窃取”一个任务来执行。
  • 优势：充分利用了所有线程的算力，减少了线程间的竞争（自己取队头，别人偷队尾）。

核心类

  • RecursiveTask<V>：有返回值的任务。
  • RecursiveAction：无返回值的任务。

3. 性能与场景考量

  1. 适用场景：
    • CPU 密集型：如大规模数组排序（Arrays.parallelSort）、图像处理、复杂数据计算。
    • 不适合 I/O 密集型：因为工作线程数通常默认为 CPU 核心数，一旦阻塞，整个池的效率会大打折扣。
  2. Parallel Stream：
    • Java 8 的 parallelStream() 底层默认使用的就是 ForkJoinPool.commonPool()。
    • 注意：千万不要在并行流中执行阻塞 I/O 操作，否则会拖垮整个系统的公共线程池，影响其他业务。

4. 总结与示例

回答总结： “Fork/Join 是基于分治思想的并行计算框架，核心在于工作窃取算法。每个线程维护私有双端队列，空闲线程会从其他线程队列的尾部窃取任务，从而实现负载均衡。它非常适合处理大规模的 CPU 密集型任务，也是 Java 8 并行流的底层实现。”

代码示例（求和）：

public class SumTask extends RecursiveTask<Long> {
    private static final int THRESHOLD = 1000; // 拆分阈值
    private long start, end;

    public SumTask(long start, long end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Long compute() {
        // 1. 任务足够小，直接计算
        if (end - start <= THRESHOLD) {
            long sum = 0;
            for (long i = start; i <= end; i++) sum += i;
            return sum;
        }
        
        // 2. 任务太大，Fork 拆分
        long mid = (start + end) / 2;
        SumTask leftTask = new SumTask(start, mid);
        SumTask rightTask = new SumTask(mid + 1, end);
        
        // 异步执行子任务
        leftTask.fork();
        rightTask.fork();
        
        // 3. Join 合并结果
        return leftTask.join() + rightTask.join();
    }
}

// 调用
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
Long result = pool.invoke(new SumTask(1, 100000));