Fork/Join框架之Fork、Join操作

Fork

Fork就是一个不断分枝的过程，在当前任务的基础上长出n多个子任务。

当一个ForkJoinTask任务调用fork()方法时，当前线程会把这个任务放入到queue数组的queueTop位置，然后执行以下两句代码：

if ((s -= queueBase) <= 2)
    pool.signalWork();
else if (s == m)
    growQueue();

其中s=queueTop,m为数组length减1。else if部分，表示数组所有元素都满了，需要扩容，不难理解。if部分表示当数组元素比较少时（1或者2），就调用signalWork()方法。signalWork（）方法做了两件事：1、唤配当前线程;2、当没有活动线程时或者线程数较少时，添加新的线程。

Join

Join是一个不断等待，获取任务执行结果的过程。

private int doJoin() {
    Thread t; ForkJoinWorkerThread w; int s; boolean completed;
    if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) {
        if ((s = status) < 0)
            return s;
        if ((w = (ForkJoinWorkerThread)t).unpushTask(this)) {
            try {
                completed = exec();
            } catch (Throwable rex) {
                return setExceptionalCompletion(rex);
            }
            if (completed)
                return setCompletion(NORMAL);
        }
        return w.joinTask(this);
    }
    else
        return externalAwaitDone();
}

(1)第4行，(s=status)<0表示这个任务被执行完，直接返回执行结果状态，上层捕获到状态后，决定是要获取结果还是进行错误处理；

(2)第6行，从queue中取出这个任务来执行，如果执行完了，就设置状态为NORMAL；

(3)前面unpushTask()方法在队列中没有这个任务时会返回false，15行调用joinTask等待这个任务完成。

(4)由于ForkJoinPool中有一个数组叫submissionQueue，通过submit方法调用而且非ForkJoinTask这种任务会被放到这个队列中。这种任务有可能被非ForkJoinWorkerThread线程执行，第18行表示如果是这种任务，等待它执行完成。

下面来看joinTask方法

final int joinTask(ForkJoinTask<?> joinMe) {
    ForkJoinTask<?> prevJoin = currentJoin;
    currentJoin = joinMe;
    for (int s, retries = MAX_HELP;;) {
        if ((s = joinMe.status) < 0) {
            currentJoin = prevJoin;
            return s;
        }
        if (retries > 0) {
            if (queueTop != queueBase) {
                if (!localHelpJoinTask(joinMe))
                    retries = 0;           // cannot help
            }
            else if (retries == MAX_HELP >>> 1) {
                --retries;                 // check uncommon case
                if (tryDeqAndExec(joinMe) >= 0)
                    Thread.yield();        // for politeness
            }
            else
                retries = helpJoinTask(joinMe) ? MAX_HELP : retries - 1;
        }
        else {
            retries = MAX_HELP;           // restart if not done
            pool.tryAwaitJoin(joinMe);
        }
    }
}

(1)这里有个常量MAX_HELP=16,表示帮助join的次数。第11行，queueTop!=queueBase表示本地队列中有任务，如果这个任务刚好在队首，则尝试自己执行；否则返回false。这时retries被设置为0，表示不能帮助,因为自已队列不为空，自己并不空闲。在下一次循环就会进入第24行，等待这个任务执行完成。

(2)第20行helpJoinTask（）方法返回false时，retries-1，连续8次都没有帮到忙，就会进入第14行，调用yield让权等待。没办法人口太差，想做点好事都不行，只有停下来休息一下。

(3)当执行到第20行，表示自己队列为空，可以去帮助这个任务了，下面来看是怎么帮助的？

outer:for (ForkJoinWorkerThread thread = this;;) {
    // Try to find v, the stealer of task, by first using hint
    ForkJoinWorkerThread v = ws[thread.stealHint & m];
    if (v == null || v.currentSteal != task) {
        for (int j = 0; ;) {        // search array
            if ((v = ws[j]) != null && v.currentSteal == task) {
                thread.stealHint = j;
                break;              // save hint for next time
            }
            if (++j > m)
                break outer;        // can't find stealer
        }
    }
    // Try to help v, using specialized form of deqTask
    for (;;) {
        ForkJoinTask<?>[] q; int b, i;
        if (joinMe.status < 0)
            break outer;
        if ((b = v.queueBase) == v.queueTop ||
            (q = v.queue) == null ||
            (i = (q.length-1) & b) < 0)
            break;                  // empty
        long u = (i << ASHIFT) + ABASE;
        ForkJoinTask<?> t = q[i];
        if (task.status < 0)
            break outer;            // stale
        if (t != null && v.queueBase == b &&
            UNSAFE.compareAndSwapObject(q, u, t, null)) {
            v.queueBase = b + 1;
            v.stealHint = poolIndex;
            ForkJoinTask<?> ps = currentSteal;
            currentSteal = t;
            t.doExec();
            currentSteal = ps;
            helped = true;
        }
    }
    // Try to descend to find v's stealer
    ForkJoinTask<?> next = v.currentJoin;
    if (--levels > 0 && task.status >= 0 &&
        next != null && next != task) {
        task = next;
        thread = v;
    }
}

(1)通过查看stealHint这个字段的注释可以知道，它表示最近一次谁来偷过我的queue中的任务。因此通过stealHint并不能找到当前任务被谁偷了？所以第4行v.currentSteal != task完全可能。这时还有一个办法找到这个任务被谁偷了，看看currentSteal这个字段的注释表示最近偷的哪个任务。这里扫描所有偷来的任务与当前任务比较，如果相等，就是这个线程偷的。如果这两种方法都不能找到小偷，只能等待了。

(2)当找到了小偷后，以其人之身还之其人之道，从小偷那里偷任务过来，相当于你和小偷共同执行你的任务，会加速你的任务完成。

(3)小偷也是爷，如果小偷也在等待一个任务完成，权利反转（小偷等待的这个任务做为当前任务，小偷扮演当事人角色把前面的流程走一遍），这是一个递归的过程。