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Fork/Join框架：CountedCompleter与RecursiveTask深度对比

news 来源：原创 2025/6/9 9:46:06

Java Fork/Join框架：三大核心组件深度解析-CSDN博客讨论过CountedCompleter 与 RecursiveTask 的差异，这里做一个总结。

CountedCompleter 在排序中应用见：深入浅出 Arrays.sort（DualPivotQuicksort）：如何结合快排、归并、堆排序和插入排序-CSDN博客

CountedCompleter 相比传统的 RecursiveTask 在特定场景下具有显著优势，尤其在任务完成后需要自动触发后续操作或任务结构动态变化时。以下是详细分析及代码示例的解析：

核心优势对比

特性	`CountedCompleter`	`RecursiveTask`
结果依赖	不强制返回结果，专注完成动作	需返回子任务结果并显式合并
完成触发机制	子任务完成后自动调用 `onCompletion()`	需手动 `join()` 子任务并处理结果
任务依赖管理	通过挂起计数（`pending count`）自动管理	需手动调用 `fork()`/`join()` 管理
资源开销	避免阻塞线程，减少上下文切换	`join()` 可能阻塞线程增加开销
动态子任务	支持运行时动态增加子任务	子任务数量需预先确定

代码示例解析：并行排序的优化点

1. 任务链自动触发合并（`onCompletion`）

// Sorter.onCompletion()
public void onCompletion(CountedCompleter<?> caller) {if (depth < 0) {// 自动触发合并操作（Merger任务）new Merger(...).invoke();}
}

优势：排序子任务完成后，无需手动聚合结果，onCompletion() 自动触发合并逻辑。
对比 RecursiveTask：需在 compute() 中手动 join() 子任务并调用合并方法。

2. 避免线程阻塞

// Sorter.compute()
new Sorter(...).fork();  // 提交子任务但不阻塞
new Sorter(...).compute(); // 当前线程执行另一个子任务
tryComplete(); // 非阻塞式更新状态

优势：通过 tryComplete() 递减挂起计数，子任务完成时自动传播完成状态，无阻塞。
对比 RecursiveTask：必须调用 join() 等待子任务完成，阻塞当前线程。

3. 动态子任务管理

// forkSorter() 动态添加任务
private void forkSorter(int depth, int low, int high) {addToPendingCount(1); // 动态增加挂起计数new Sorter(...).fork(); // 添加新任务
}

优势：运行时灵活增减子任务（如负载均衡），addToPendingCount(1) 调整计数。
对比 RecursiveTask：子任务数量在初始化时必须固定，缺乏灵活性。

适用场景

推荐 CountedCompleter
任务完成后需自动触发后续操作（如排序的合并阶段）、任务结构动态变化、避免阻塞线程时。
- 典型场景：并行排序、图遍历、流水线任务链。
推荐 RecursiveTask
分治任务结果明确且简单（如数组求和、斐波那契数），无需复杂完成回调。

总结

在 Arrays.sort 中，Sorter 和 Merger 使用 CountedCompleter 实现了：

任务链自动化：排序后自动触发合并。
零阻塞：通过挂起计数和 tryComplete() 避免 join() 阻塞。
动态扩展：运行时灵活增减子任务。
资源高效：复用缓冲区，减少内存分配。

而 RunMerger（基于 RecursiveTask）需手动合并结果且可能导致阻塞。因此，在复杂任务依赖或非阻塞设计场景下，CountedCompleter 在性能、灵活性和代码简洁性上更具优势。

`tryComplete`

tryComplete() 方法的实现通过一个 循环 + CAS 机制 实现了非阻塞的任务完成通知，避免线程阻塞。下面详细解释其工作原理：

public final void tryComplete() {CountedCompleter<?> a = this, s = a;  // a: 当前任务, s: 原始调用任务for (int c;;) {// 情况1：当前任务挂起计数为0if ((c = a.pending) == 0) {a.onCompletion(s);           // 1️⃣ 触发完成回调if ((a = (s = a).completer) == null) {s.quietlyComplete();     // 2️⃣ 根任务直接完成return;}}// 情况2：CAS减少挂起计数else if (a.weakCompareAndSetPendingCount(c, c - 1)) return;                     // 3️⃣ 递减成功直接退出}
}

循环中的三种状态转移

状态1：当前任务挂起计数为0 ✅