Javaの同時実行性-Fork-Joinフレームワーク

フォーク結合フレームワークを使用すると、複数のワーカーで特定のタスクを中断し、結果がそれらを結合するのを待つことができます。マルチプロセッサマシンの容量を大幅に活用します。以下は、フォーク結合フレームワークで使用されるコアコンセプトとオブジェクトです。

フォーク

フォークは、タスクがそれ自体を、同時に実行できるより小さく独立したサブタスクに分割するプロセスです。

構文

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

ここで、SumはRecursiveTaskのサブクラスであり、left.fork（）はタスクをサブタスクに分割します。

参加する

結合は、サブタスクの実行が終了すると、タスクがサブタスクのすべての結果を結合するプロセスです。それ以外の場合は、待機し続けます。

構文

left.join();

左はSumクラスのオブジェクトです。

ForkJoinPool

これは、フォークアンドジョインタスク分割で機能するように設計された特別なスレッドプールです。

構文

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);

ここでは、並列処理レベルが4CPUの新しいForkJoinPoolを紹介します。

RecursiveAction

RecursiveActionは、値を返さないタスクを表します。

構文

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

RecursiveTask

RecursiveTaskは、値を返すタスクを表します。

構文

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

例

次のTestThreadプログラムは、スレッドベースの環境でのFork-Joinフレームワークの使用法を示しています。

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;
         }
      }
   }
}

これにより、次の結果が得られます。

出力

32
499500