Simultaneidade Java - estrutura Fork-Join

O framework fork-join permite quebrar uma determinada tarefa em vários trabalhadores e então esperar o resultado para combiná-los. Ele alavanca a capacidade da máquina com vários processadores em grande medida. A seguir estão os principais conceitos e objetos usados ​​na estrutura fork-join.

Garfo

Fork é um processo no qual uma tarefa se divide em subtarefas menores e independentes que podem ser executadas simultaneamente.

Sintaxe

Sum left  = new Sum(array, low, mid);
left.fork();

Aqui, Sum é uma subclasse de RecursiveTask e left.fork () divide a tarefa em subtarefas.

Junte-se

Unir é um processo no qual uma tarefa une todos os resultados das subtarefas depois que a execução das subtarefas é concluída;

Sintaxe

left.join();

Aqui à esquerda está um objeto da classe Sum.

ForkJoinPool

é um pool de threads especial projetado para trabalhar com divisão de tarefas fork-and-join.

Sintaxe

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);

Aqui está um novo ForkJoinPool com um nível de paralelismo de 4 CPUs.

RecursiveAction

RecursiveAction representa uma tarefa que não retorna nenhum valor.

Sintaxe

class Writer extends RecursiveAction {
   @Override
   protected void compute() { }
}

RecursiveTask

RecursiveTask representa uma tarefa que retorna um valor.

Sintaxe

class Sum extends RecursiveTask<Long> {
   @Override
   protected Long compute() { return null; }
}

Exemplo

O programa TestThread a seguir mostra o uso da estrutura Fork-Join em um ambiente baseado em thread.

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

public class TestThread {

   public static void main(final String[] arguments) throws InterruptedException, 
      ExecutionException {
      
      int nThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
      System.out.println(nThreads);
      
      int[] numbers = new int[1000]; 

      for(int i = 0; i < numbers.length; i++) {
         numbers[i] = i;
      }

      ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(nThreads);
      Long result = forkJoinPool.invoke(new Sum(numbers,0,numbers.length));
      System.out.println(result);
   }  

   static class Sum extends RecursiveTask<Long> {
      int low;
      int high;
      int[] array;

      Sum(int[] array, int low, int high) {
         this.array = array;
         this.low   = low;
         this.high  = high;
      }

      protected Long compute() {
         
         if(high - low <= 10) {
            long sum = 0;
            
            for(int i = low; i < high; ++i) 
               sum += array[i];
               return sum;
         } else {	    	
            int mid = low + (high - low) / 2;
            Sum left  = new Sum(array, low, mid);
            Sum right = new Sum(array, mid, high);
            left.fork();
            long rightResult = right.compute();
            long leftResult  = left.join();
            return leftResult + rightResult;
         }
      }
   }
}

Isso produzirá o seguinte resultado.

Resultado

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