面试题：Java中Fork/Join框架的工作原理是什么

Question

请详细阐述Java中Fork/Join框架的基本工作原理，包括任务的拆分与合并过程，以及该框架是如何利用线程池来提高效率的。

Answer 1

Fork/Join框架基本工作原理

1. 任务拆分：
   • Fork/Join框架采用分治思想。当一个任务到达时，如果这个任务可以进一步细分，就将其拆分成多个子任务。例如，要计算一个大数组的总和，可将数组划分为多个小数组，每个小数组的求和任务就是一个子任务。
   • 任务拆分的依据通常是任务的规模，比如设定一个阈值，当任务处理的数据量大于该阈值时进行拆分。例如，计算数组总和时，若数组元素个数大于1000就进行拆分。
2. 任务执行与合并：
   • 执行：拆分后的子任务会被提交到线程池中的工作线程去执行。工作线程会从任务队列中取出子任务并执行。
   • 合并：当子任务执行完成后，需要将子任务的结果合并起来得到最终结果。例如，多个小数组求和的结果再相加得到整个大数组的总和。合并过程是自下而上的，先合并最底层的子任务结果，逐步得到上层任务的结果，最终得到整个任务的结果。
3. 利用线程池提高效率：
   • 工作窃取算法：Fork/Join框架中的线程池采用工作窃取算法。每个工作线程都有自己的任务队列，当一个工作线程完成了自己队列中的任务后，它会随机从其他工作线程的队列尾部“窃取”一个任务来执行。例如，线程A完成了自己队列的任务，发现线程B的队列还有任务，就从线程B的队列尾部取一个任务执行。
   • 减少线程竞争：这种方式减少了线程之间的竞争，因为工作线程优先处理自己队列的任务，只有在自己队列无任务时才去窃取其他线程的任务，使得CPU的利用率更高，从而提高了整个框架的效率。同时，由于任务队列采用双端队列，工作线程在自己队列取任务时从头部取，窃取任务时从尾部取，进一步减少了竞争。