eBPF 可观测摄像头带你 5 分钟真正看懂 ForkJoin 是如何“分而治之”？有什么隐藏的坑？

ForkJoin 是一种专为 CPU 密集型任务而生的线程池（比如计算 1～100 亿的和），它能充分利用 CPU 资源，把大任务拆分成众多小的子任务，多线程并行。但是你知道：

• 子任务的计算量拆分到多少才算合理吗？为什么你用了 ForkJoin 反而降低性能？

• 大量线程并行，如何规避线程阻塞？

• 虽知“先 fork 再 join”，但谁负责 join？有什么坑需要注意？

• ForkJoinPool 的 invoke 和 submit 启动方式竟然还有隐藏的坑你知道吗？

本期眼见为实系列，我们将借助 Kindling 程序摄像头，查看一次请求计算下所有 ForkJoin 线程的工作情况记录和分析，来探究上述问题的答案。

实验 1：分析 ForkJoin 线程工作

首先我基于 ForkJoin 写了一个实验 demo：计算 1～7 的和。下图就是我用程序摄像头捕捉的一次请求计算的 trace 分析。不熟悉 kindling 程序摄像头操作的同学可以参考我们的操作手册：kindling程序摄像头操作手册

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线程轴放大

（上图中 futex 是指线程在等待，我让线程执行计算后都 sleep 了一段时间，便于放大线程轴观察） 通过每个线程的日志，我们分析发现，ForkJoinPool-worker-1 线程最先拿到了 fork1～7 任务，把它拆解成子任务 1（计算 1～4），子任务 2（计算 5～7），因为我设置的 ForkJoin 的最小任务计算数是 3，所以子任务 1 还需要 fork，而子任务 2 可以直接计算了。最终拆解结果如下图：

我们可以看到，worker-2 线程拆解出来的 1～2 的子任务又丢给了 worker-1 线程计算，此外，最后是由 worker-2 join 了 1～4 的结果，worker-1 join 了 1～7 的结果，即谁 fork 的任务，就由谁来 join 任务。 通过这个实验我们还可以看出，当某个线程执行时间长，需要 join 它结果的线程就会一直等待。如下图红框所示，我让 worker-2join 完 1～4 结果之后 sleep 了 30ms，然后 worker-1 线程这段时间被锁住了，通过点击黄色 lock 区块，我们可以看到堆栈信息，很明显，它在做等待，直到 worker-2 sleep 完成。

这也是 ForkJoin 为什么适合 CPU 密集型计算而不适合 IO 密集型，因为磁盘 IO、网络 IO 的操作特点就是等待，容易造成线程阻塞。另外，我们子任务的拆分要合理，避免造成任务阻塞。那怎么拆分子任务才算合理呢？像我这个实验 demo 的拆解其实是不合理的，需要考虑创建子任务、线程调度等操作都需要消耗时间和内存。官网文档给出的经验是：最小子任务需要计算 100～10000 个基本计算步骤，但是这个相对的最优解应该结合大家的实际业务需求，实践得出。大家就可以借助 Kindling 程序摄像头来做，在设置不同子任务粒度之后，可以观察计算的响应时间，和每个线程的工作实况、耗时分析。

实验 2：ForkJoinPool 的 submit 和 invoke 启动方式

invoke(ForkJoinTask)，submit(ForkJoinTask)都有返回值，invoke 的 tasks 会被同步到主线程，但是 submit 是异步执行，需要通过 task.get 实现同步到主线程，什么意思呢？我们做了一个实验，下面是实验 demo：

请求开始打了日志，然后分别用 invoke、submit 启动 ForkJoinPool 测试，请求结束的地方也打了日志，然后 sleep 了 500ms（是为了放大线程轴，一会让大家看得更清楚）。下图是两种情况的测试结果。

submit 启动

invoke 启动

我们可以看到用 submit 启动线程池，主线程和 ForkJoin 线程是异步执行，而 invoke 启动时，主线程同步等待 ForkJoin 线程执行。在等待的时候，主线程被 lock 住（即上图中 4 个问号的黄色高亮区块），点击查看堆栈，确认它确实在等待。

通过这个实验发现，我们在使用 forkJoin 的时候一定要注意 pool 的启动方式，不然就会有隐藏的坑，比如下面这个场景：

• 先用 forkJoin 给所有订单计算利润，存到数据库订单表里，然后基于订单利润再计算每个销售的订单提成，存到提成表里。

如果开发同学不注意，计算提成的时候取的是订单表的利润，然后用的 submit 启动方式，那可能会造成，开始计算提成的时候，利润还没算好。以上就是本次关于 ForkJoin 分享的内容，你还想通过 Kindling 摄像头观测到什么场景的知识？微服务 RPC 调用机制？Java 锁？Java 分布式？线程安全？线程池调优？Redis 集群机制？欢迎添加微信好友告诉小编～