Fork/Join框架介紹 順便測試jvm的記憶體溢位問題
1. 什麼是Fork/Join框架
Fork/Join框架是Java7提供了的一個用於並行執行任務的框架, 是一個把大任務分割成若干個小任務,最終彙總每個小任務結果後得到大任務結果的框架。
我們再通過Fork和Join這兩個單詞來理解下Fork/Join框架,Fork就是把一個大任務切分為若干子任務並行的執行,Join就是合併這些子任務的執行結果,最後得到這個大任務的結果。比如計算1+2+。。+10000,可以分割成10個子任務,每個子任務分別對1000個數進行求和,最終彙總這10個子任務的結果。Fork/Join的執行流程圖如下:
2. Fork/Join框架的介紹
我們已經很清楚Fork/Join框架的需求了,那麼我們可以思考一下,如果讓我們來設計一個Fork/Join框架,該如何設計?這個思考有助於你理解Fork/Join框架的設計。
第一步分割任務。首先我們需要有一個fork類來把大任務分割成子任務,有可能子任務還是很大,所以還需要不停的分割,直到分割出的子任務足夠小。
第二步執行任務併合並結果。分割的子任務分別放在雙端佇列裡,然後幾個啟動執行緒分別從雙端佇列裡獲取任務執行。子任務執行完的結果都統一放在一個佇列裡,啟動一個執行緒從佇列裡拿資料,然後合併這些資料。
java.util.concurrent
類 ForkJoinTask<V>
-
- java.util.concurrent.ForkJoinTask<V>
Fork/Join使用兩個類來完成以上兩件事情:
-
ForkJoinTask:我們要使用ForkJoin框架,必須首先建立一個ForkJoin任務。它提供在任務中執行fork()和join()操作的機制,通常情況下我們不需要直接繼承ForkJoinTask類,而只需要繼承它的子類,Fork/Join框架提供了以下兩個子類:
- RecursiveAction:用於沒有返回結果的任務。
- RecursiveTask :用於有返回結果的任務。
- ForkJoinPool :ForkJoinTask需要通過ForkJoinPool來執行,任務分割出的子任務會新增到當前工作執行緒所維護的雙端佇列中,進入佇列的頭部。當一個工作執行緒的佇列裡暫時沒有任務時,它會隨機從其他工作執行緒的佇列的尾部獲取一個任務。
3. 使用Fork/Join框架
讓我們通過一個簡單的需求來使用下Fork/Join框架,需求是:計算1+2+3+4的結果。
使用Fork/Join框架首先要考慮到的是如何分割任務,如果我們希望每個子任務最多執行兩個數的相加,那麼我們設定分割的閾值是2,由於是4個數字相加,所以Fork/Join框架會把這個任務fork成兩個子任務,子任務一負責計算1+2,子任務二負責計算3+4,然後再join兩個子任務的結果。因為是有結果的任務,所以必須繼承RecursiveTask,實現程式碼如下:
package Concurrent;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
/**
*
* @author zhengchao
*/
public class CalculatorFork_Join extends RecursiveTask<Long> {
private static final int THRESHOLD = 10000;
private int start;
private int end;
public CalculatorFork_Join(int start, int end) {
this.start = start;
this.end = end;
}
@Override
protected Long compute() {
long sum = 0;
if((end - start) < THRESHOLD){
for(int i = start; i<= end;i++){
sum += i;
}
}else{
int middle = (start + end) /2;
CalculatorFork_Join left = new CalculatorFork_Join(start, middle);
CalculatorFork_Join right = new CalculatorFork_Join(middle + 1, end);
left.fork();
right.fork();
sum = left.join() + right.join();
}
return sum;
}
}
package Concurrent;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
/**
*
* @author zhengchao
*/
public class testMain {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException{
long start = System.currentTimeMillis();
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
Future<Long> result = forkJoinPool.submit(new CalculatorFork_Join(0, 1000000));
System.out.println("ForkJoinCostTime:"+(System.currentTimeMillis()-start));
System.out.println(result.get());
start = System.currentTimeMillis();
long sum = 0;
for(int i=0;i<=1000000;i++){
sum+=i;
}
System.out.println("CostTime:"+(System.currentTimeMillis()-start));
System.out.println(sum);
forkJoinPool.shutdown();
}
}
通過這個例子讓我們再來進一步瞭解ForkJoinTask,ForkJoinTask與一般的任務的主要區別在於它需要實現compute方法,在這個方法裡,首先需要判斷任務是否足夠小,如果足夠小就直接執行任務。如果不足夠小,就必須分割成兩個子任務,每個子任務在呼叫fork方法時,又會進入compute方法,看看當前子任務是否需要繼續分割成孫任務,如果不需要繼續分割,則執行當前子任務並返回結果。使用join方法會等待子任務執行完並得到其結果。
效能分析:
1、計算1-10000
run:
ForkJoinCostTime:1
50005000
CostTime:0
50005000
成功構建 (總時間: 0 秒)
資料量較小時,是用Fork/Join效果不明顯,甚至不如正常的計算,這是因為建立Fork/Join耗時了。2、計算1-100000
run:
ForkJoinCostTime:1
5000050000
CostTime:2
5000050000
成功構建 (總時間: 0 秒)
3、計算1-1000000
run:
ForkJoinCostTime:1
500000500000
CostTime:3
500000500000
成功構建 (總時間: 0 秒)
如果我們將
private static final int THRESHOLD = 10000;
設定為100,執行計算計算1-1000000:
run:
ForkJoinCostTime:2
Exception in thread "main" java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.OutOfMemoryError
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.get(ForkJoinTask.java:942)
at Concurrent.testMain.main(testMain.java:26)
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
at sun.reflect.GeneratedConstructorAccessor1.newInstance(Unknown Source)
at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:526)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.getThrowableException(ForkJoinTask.java:536)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.get(ForkJoinTask.java:941)
... 1 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
at sun.reflect.GeneratedConstructorAccessor1.newInstance(Unknown Source)
at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:526)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.getThrowableException(ForkJoinTask.java:536)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.reportResult(ForkJoinTask.java:596)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.join(ForkJoinTask.java:640)
at Concurrent.CalculatorFork_Join.compute(CalculatorFork_Join.java:40)
at Concurrent.CalculatorFork_Join.compute(CalculatorFork_Join.java:15)
at java.util.concurrent.RecursiveTask.exec(RecursiveTask.java:93)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.doExec(ForkJoinTask.java:334)
at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.execTask(ForkJoinWorkerThread.java:604)
at java.util.concurrent.ForkJoinPool.scan(ForkJoinPool.java:784)
at java.util.concurrent.ForkJoinPool.work(ForkJoinPool.java:646)
at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.run(ForkJoinWorkerThread.java:398)
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
at sun.reflect.GeneratedConstructorAccessor1.newInstance(Unknown Source)
at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:526)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.getThrowableException(ForkJoinTask.java:536)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.reportResult(ForkJoinTask.java:596)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.join(ForkJoinTask.java:640)
at Concurrent.CalculatorFork_Join.compute(CalculatorFork_Join.java:40)
at Concurrent.CalculatorFork_Join.compute(CalculatorFork_Join.java:15)
at java.util.concurrent.RecursiveTask.exec(RecursiveTask.java:93)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.doExec(ForkJoinTask.java:334)
at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.execTask(ForkJoinWorkerThread.java:604)
at java.util.concurrent.ForkJoinPool.scan(ForkJoinPool.java:762)
... 2 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError
... 14 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
at java.lang.Thread.start0(Native Method)
at java.lang.Thread.start(Thread.java:713)
at java.util.concurrent.ForkJoinPool.addWorker(ForkJoinPool.java:1132)
at java.util.concurrent.ForkJoinPool.tryPreBlock(ForkJoinPool.java:1009)
at java.util.concurrent.ForkJoinPool.tryAwaitJoin(ForkJoinPool.java:1042)
at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.joinTask(ForkJoinWorkerThread.java:731)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.doJoin(ForkJoinTask.java:362)
at java.util.concurrent.ForkJoinTask.join(ForkJoinTask.java:639)
... 8 more
Java Result: 1
成功構建 (總時間: 0 秒)
記憶體溢位了,為什麼呢?因為我們建立了太大的執行緒,導致記憶體消耗殆盡。
所以,閾值要設定的恰當,否則可能效率並不會提高,設定導致異常的產生。