JUC - JUC 3 - 《JavaSE》

12 线程池
13 ForkJoinPool 分支/合并框架工作窃取
- 13.1 Fork/Join 框架
- 13.2 Fork/Join 框架与线程池的区别

javajavase

12 线程池

12.1 线程池介绍

第四种获取线程的方法：线程池。线程池提供了一个线程队列，队列中保存着所有等待状态的线程。避免了创建与销毁额外开销，提高了响应的速度。通常使用 Executors 工厂方法配置
线程池可以解决两个不同问题：由于减少了每个任务调用的开销，它们通常可以在执行大量异步任务时提供增强的性能，并且还可以提供绑定和管理资源（包括执行任务集时使用的线程）的方法

12.2 线程池的体系结构

java.util.concurrent.Executor : 负责线程的使用与调度的根接口
  |--ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口
     |--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类
     |--ScheduledExecutorService 子接口：负责线程的调度
        |--ScheduledThreadPoolExecutor：继承ThreadPoolExecutor，实现ScheduledExecutorService

12.3 工具类 : Executors

为了便于跨大量上下文使用，此类提供了很多可调整的参数和扩展钩子 (hook)。但是，强烈建议程序员使用较为方便的 Executors 工厂方法
**ExecutorService newFixedThreadPool()**创建固定大小的线程池
**ExecutorService newCachedThreadPool()**缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量
**ExecutorService newSingleThreadExecutor()**创建单个线程池。线程池中只有一个线程
**ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool()**创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务

public class TestThreadPool {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        List<Future<Integer>> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Future<Integer> future = pool.submit(new Callable<Integer>() {
                @Override
                public Integer call() throws Exception {
                    int sum = 0;
                    for (int i = 0; i <= 100; i++) {
                        sum += i;
                    }
                    return sum;
                }
            });
            list.add(future);
        }
        pool.shutdown();
        for (Future<Integer> future : list) {
            System.out.println(future.get());
        }
//        ThreadPoolDemo tpd = new ThreadPoolDemo();
//        // 2. 为线程池中的线程分配任务
//        for (int i = 0; i < 10; i++) {
//            pool.submit(tpd);
//        }
//        // 3. 关闭线程池
//        pool.shutdown();
    }
}
class ThreadPoolDemo implements Runnable {
    private int i = 0;
    @Override
    public void run() {
        while (i <= 100) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i++);
        }
    }
}

12.4 线程调度

ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务

public class TestScheduledThreadPool {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
      ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
      for (int i = 0; i < 5; i++) {
          Future<Integer> result = pool.schedule(new Callable<Integer>() {
              @Override
              public Integer call() throws Exception {
                  int num = new Random().nextInt(100);    // 生成随机数
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + num);
                  return num;
              }    
          }, 2, TimeUnit.SECONDS);    // 延迟线程，延迟时间，时间单位
          System.out.println(result.get());
      } 
      pool.shutdown();    // 关闭线程池
  }
}

13 ForkJoinPool 分支/合并框架工作窃取

13.1 Fork/Join 框架

Fork/Join 框架：就是在必要的情况下，将一个大任务，进行拆分(fork)成若干个小任务（拆到不可再拆时），再将一个个的小任务运算的结果进行 join 汇总

13.2 Fork/Join 框架与线程池的区别

采用 “工作窃取”模式（work-stealing）
当执行新的任务时它可以将其拆分分成更小的任务执行，并将小任务加到线程队列中，然后再从一个随机线程的队列中偷一个并把它放在自己的队列中
相对于一般的线程池实现，fork/join框架的优势体现在对其中包含的任务的处理方式上。在一般的线程池中，如果一个线程正在执行的任务由于某些原因无法继续运行，那么该线程会处于等待状态。而在fork/join框架实现中，如果某个子问题由于等待另外一个子问题的完成而无法继续运行。那么处理该子问题的线程会主动寻找其他尚未运行的子问题来执行。这种方式减少了线程的等待时间，提高了性能

public class TestForkJoinPool {
    public static void main(String[] args) {
        Instant start = Instant.now();
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinSumCalculate(0L, 5000000000L);
        Long sum = pool.invoke(task);
        System.out.println(sum);
        Instant end = Instant.now();
        System.out.println("耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//2709  拆分也需要时间
    }
    @Test
    public void test1(){
        Instant start = Instant.now();
        long sum = 0L;
        for (long i = 0L; i <= 5000000000L; i++) {
            sum += i;
        }
        System.out.println(sum);
        Instant end = Instant.now();
        System.out.println("for耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//2057
    }
    //java8 新特性
    @Test
    public void test2(){
        Instant start = Instant.now();
        Long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 5000000000L)
                             .parallel()
                             .reduce(0L, Long::sum);
        System.out.println(sum);
        Instant end = Instant.now();
        System.out.println("java8 新特性耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//1607
    }
}
class ForkJoinSumCalculate extends RecursiveTask<Long>{
    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = -259195479995561737L;
    private long start;
    private long end;
    private static final long THURSHOLD = 10000L;  //临界值
    public ForkJoinSumCalculate(long start, long end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }
    @Override
    protected Long compute() {
        long length = end - start;
        if(length <= THURSHOLD){
            long sum = 0L;
            for (long i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }        
            return sum;
        }else{
            long middle = (start + end) / 2;
            ForkJoinSumCalculate left = new ForkJoinSumCalculate(start, middle); 
            left.fork(); //进行拆分，同时压入线程队列
            ForkJoinSumCalculate right = new ForkJoinSumCalculate(middle+1, end);
            right.fork(); //进行拆分，同时压入线程队列
            return left.join() + right.join();
        }
    }    
}

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