面试题：什么是 Java 的 ForkJoinPool？

Java 的 ForkJoinPool 是 Java 7 引入的一个线程池实现，专门设计用于执行可以递归分解为更小任务的工作窃取算法（work-stealing algorithm）。它特别适用于那些能够被分解成许多相似的小任务的并行计算场景。ForkJoinPool 的核心思想是利用多核处理器的优势，通过将任务分解为子任务并行执行来提高程序的执行效率。

核心概念

1. Fork/Join 框架：这个框架的核心由 ForkJoinPool、ForkJoinTask 和两种类型的 ForkJoinTask 实现类——RecursiveAction 和 RecursiveTask 组成。
2. 工作窃取算法：每个线程都有自己的任务队列，当一个线程完成了自己队列中的所有任务后，它可以“窃取”其他线程的任务队列中的任务来执行，从而避免了线程空闲等待的情况，提高了资源利用率。
3. 任务分解与合并：

• fork()：用于将当前任务拆分成两个或更多的子任务，并将这些子任务放入线程池的任务队列中等待执行。
• join()：用于等待子任务完成，并获取其结果（如果是 RecursiveTask 的话）。

主要组件

• ForkJoinPool：实现了 Fork/Join 框架的线程池。它管理一组工作线程，并提供了一个公共的任务队列。
• ForkJoinTask：这是所有 Fork/Join 任务的基础抽象类。通常不直接使用，而是通过它的具体实现类 RecursiveAction 或 RecursiveTask<V> 来定义具体的任务逻辑。
  • RecursiveAction：用于表示没有返回值的任务。
  • RecursiveTask：用于表示有返回值的任务。

使用示例

以下是一个简单的例子，展示了如何使用 ForkJoinPool 来并行计算数组元素的总和：

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

public class SumTask extends RecursiveTask<Long> {
    private static final int THRESHOLD = 10; // 阈值
    private long[] array;
    private int start;
    private int end;

    public SumTask(long[] arr, int s, int e) {
        this.array = arr;
        this.start = s;
        this.end = e;
    }

    @Override
    protected Long compute() {
        if (end - start <= THRESHOLD) { // 如果任务足够小，则直接计算
            long sum = 0;
            for (int i = start; i < end; i++) {
                sum += array[i];
            }
            return sum;
        } else { // 否则继续分割任务
            int middle = (start + end) / 2;
            SumTask leftTask = new SumTask(array, start, middle);
            SumTask rightTask = new SumTask(array, middle, end);

            // 分别执行子任务
            leftTask.fork();
            long rightResult = rightTask.compute();
            long leftResult = leftTask.join();

            return leftResult + rightResult;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        long[] numbers = { /* 初始化你的数据 */ };
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        SumTask task = new SumTask(numbers, 0, numbers.length);
        long result = pool.invoke(task); // 提交任务并等待结果
        System.out.println("Sum is: " + result);
    }
}

特点与优势

• 高效性：通过工作窃取算法减少了线程间的竞争，提高了 CPU 利用率。
• 灵活性：支持复杂任务的递归分解，非常适合于分治算法的应用。
• 易于使用：提供了高层次的 API，简化了并行编程模型的设计与实现。

注意事项

尽管 ForkJoinPool 在处理可分解任务时非常有效，但它并不适合所有类型的任务。对于 I/O 密集型任务或那些不能很好地分解成独立子任务的任务，使用普通的 ExecutorService 可能会更加合适。

此外，在使用 ForkJoinPool 时需要注意合理设置阈值（threshold），以平衡任务划分的粒度与调度开销。