ForkJoinPool 是 Java 7 引进的一个并发东西类，它是根据“使命分割”（task splitting）的并行核算完结的，特别适用于核算密集型、数据量大的场景。在本文中，我们将会深入了解 ForkJoinPool 的完结原理，从源码视点分析其内部结构、作业机制和算法完结，希望对读者有所帮助。

1. 概述

ForkJoinPool 是一个线程池的完结，它继承了 AbstractExecutorService 抽象类，完结了 ExecutorService 接口和 Executor 接口。ForkJoinPool 最首要的特点是采用了作业盗取（work-stealing）算法来完结使命的调度和履行，能够更好地使用多核处理器的核算资源。

在 ForkJoinPool 中，一切使命都被分为更小的子使命，这些子使命被递归地划分成更小的子使命，直到不能再划分停止。然后将这些子使命分配给线程池中的闲暇线程履行，假如某个线程的子使命履行完了，而其他线程的子使命还没有履行完，那么它就会从其他线程的行列中盗取一个子使命履行。这样做的优点是能够防止线程由于履行深重的使命而阻塞，使得多个线程之间的负载愈加均衡。

2. 内部结构

ForkJoinPool 的内部结构十分复杂，首要包括以下几个组成部分：

2.1 WorkQueue

WorkQueue 是 ForkJoinPool 中最重要的组件之一，它用于保存每个线程的使命行列。每个线程都有一个独立的使命行列，使命行列的长度为 2 的次幂（默以为 8192），当行列中的使命数量到达必定阈值时，线程会测验将自己的使命行列分割成两个行列，以便更好地支撑作业盗取算法。

2.2 ForkJoinTask

ForkJoinTask 是 ForkJoinPool 中使命的抽象类，一切的使命都必须继承自 ForkJoinTask，它包含了两个重要的办法：fork() 和 join()。

fork() 办法用于将一个使命分化成更小的子使命，并将子使命提交到线程池中履行。join() 办法则用于等候一个使命履行完结并回来其成果。ForkJoinTask 还供给了一些其他的办法，例如 isCompletedAbnormally() 和 getException()，用于处理反常。

2.3 WorkStealingQueue

WorkStealingQueue 是 ForkJoinPool 中的另一个重要组件，它被用来完结作业盗取算法。WorkStealingQueue 是一个双端行列，用于保存其他线程的使命。每个线程都会保护一个自己的 WorkStealingQueue，当一个线程的使命行列为空时，它就会测验从其他线程的 WorkStealingQueue 中盗取一个使命履行。

2.4 WorkStealingTask

WorkStealingTask 是 ForkJoinPool 中使命的详细完结类，它继承自 ForkJoinTask，并且完结了 Runnable 接口。WorkStealingTask 用于封装使命的履行逻辑，它会被提交到线程池中履行，假如履行过程中需求分化成更小的子使命，那么它就会调用 fork() 办法将子使命提交到线程池中履行。

2.5 WorkQueuePool

WorkQueuePool 是 ForkJoinPool 的另一个重要组件，它用于管理线程池中的一切线程和使命行列。WorkQueuePool 中保护了一个线程数组和一个使命行列数组，每个线程都会被分配一个独立的使命行列。WorkQueuePool 还供给了一些办法，用于向线程池中提交使命和封闭线程池。

3. 作业机制

ForkJoinPool 的作业机制十分复杂，但能够简略概括为以下几个步骤：

  1. 当一个使命被提交到线程池时，它会被划分成更小的子使命，并将子使命分配到不同的线程的使命行列中。
  2. 线程从自己的使命行列中取出使命履行，假如行列为空，那么线程就会从其他线程的使命行列中盗取一个使命履行，直到自己的使命行列为空停止。
  3. 假如一个使命需求被分化成更小的子使命，那么它就会调用 fork() 办法将子使命提交到线程池中履行，并等候子使命履行完结。
  4. 假如一个线程的使命行列中的使命数量到达必定阈值，那么线程就会测验将自己的使命行列分割成两个行列，以便更好地支撑作业盗取算法。
  5. 当一切使命履行完结后，线程池会封闭并释放资源。

4. 算法完结

ForkJoinPool 的作业机制是根据作业盗取算法完结的，这是一种优异的并发算法，能够更好地使用多核处理器的核算资源，进步使命履行功率。

作业盗取算法的基本思想是：每个线程都有自己的使命行列，当线程履行完自己行列中的使命后，会从其他线程的使命行列中“盗取”一个使命履行，这样能够更好地使用多核处理器的核算资源。详细完结方式是，每个线程都会保护一个自己的使命行列（WorkStealingQueue），线程从自己的行列中取使命履行，假如行列为空，就会从其他线程的行列中“盗取”一个使命履行。

当一个线程需求“盗取”使命时，它会选择另一个线程的使命行列中最靠近队尾的使命履行（由于这个使命最可能是最新的使命，需求更快地得到履行）。线程“盗取”使命时需求遵循以下原则：

  1. 只从队尾“盗取”使命，即只履行最靠近队尾的使命；
  2. 只从其他线程的使命行列中“盗取”使命，不从自己的使命行列中“盗取”使命，以防止死锁；
  3. 使命行列为空时，不履行“盗取”操作，以防止线程之间抢夺资源。

在 ForkJoinPool 中，每个线程保护一个 WorkStealingQueue，线程池会将使命分配给不同的线程，并将使命分化成更小的子使命分配到不同的线程的使命行列中。线程履行使命时，会从自己的使命行列中取使命履行，假如行列为空，就会从其他线程的行列中“盗取”一个使命履行。假如一个使命需求被分化成更小的子使命，那么它就会调用 fork() 办法将子使命提交到线程池中履行，并等候子使命履行完结。

5. 总结

ForkJoinPool 是 Java 并发编程中十分重要的一个东西，它能够更好地使用多核处理器的核算资源，进步使命履行功率。ForkJoinPool 的作业机制根据作业盗取算法完结，每个线程都保护一个自己的使命行列，并从其他线程的行列中“盗取”使命履行，以防止线程之间抢夺资源。

在实际使用 ForkJoinPool 时，需求留意以下几点：

  1. 使命分化的粒度要恰当，过小会增加线程之间的通讯开销，过大会导致使命的分配不均衡；
  2. 关于不同类型的使命，需求选择不同的使命分化策略，以更好地使用多核处理器的核算资源；
  3. 在使命履行时，需求留意防止线程之间的竞赛和死锁等问题。

总之，ForkJoinPool 是一个十分强大的东西，能够更好地使用多核处理。

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