Java 8 并行流介绍
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编译：ImportNew/唐尤华
medium.com/javarevisited/java-8-parallel-stream-java2blog-e1254e593763
在这篇文章中，我们将介绍 Java 并行流（Parallel Stream）。
[Java 8][1] 引入了"并行流"概念实现并行处理。随着硬件成本降低，现在的 CPU 大都拥有多个核心，因此可以使用并行处理加快操作执行。
[1]:https://java2blog.com/java-8-tutorial/
让我们通过一个简单的例子来帮助理解：
```java
package org.arpit.java2blog.java8;
import java.util.Arrays;
import java.util.stream.IntStream;
public class Java8ParallelStreamMain {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("=================================");
System.out.println("Using Sequential Stream");
System.out.println("=================================");
int[] array = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
IntStream intArrStream = Arrays.stream(array);
intArrStream.forEach(s->
{
System.out.println(s+" "+Thread.currentThread().getName());
});
System.out.println("=================================");
System.out.println("Using Parallel Stream");
System.out.println("=================================");
IntStream intParallelStream=Arrays.stream(array).parallel();
intParallelStream.forEach(s->
{
System.out.println(s+" "+Thread.currentThread().getName());
});
}
}
```运行上面的程序，输出结果如下：
```shell
=================================
Using Sequential Stream
=================================
1 main
2 main
3 main
4 main
5 main
6 main
7 main
8 main
9 main
10 main
=================================
Using Parallel Stream
=================================
7 main
6 ForkJoinPool.commonPool-worker-3
3 ForkJoinPool.commonPool-worker-1
9 ForkJoinPool.commonPool-worker-2
2 ForkJoinPool.commonPool-worker-3
5 ForkJoinPool.commonPool-worker-1
10 ForkJoinPool.commonPool-worker-2
1 ForkJoinPool.commonPool-worker-3
8 ForkJoinPool.commonPool-worker-2
4 ForkJoinPool.commonPool-worker-1
```仔细观察输出结果可以看到，在顺序流情况下，主线程将完成所有工作。主线程会等待当前迭代完成，然后接着进行下一次迭代。
在[并行流][2]的情况下，会同时产生4个线程，在内部使用 `ForkJoinPool` 创建和管理线程。并行流通过 `ForkJoinPool.commonPool()` 静态方法创建 `ForkJoinPool` 实例。
[2]:http://www.java67.com/2018/10/java-8-stream-and-functional-programming-interview-questions-answers.html
并行流会利用所有可用 CPU 核心并行处理任务。如果任务数超过了 CPU 核心数量，那么其余任务将等待当前正在运行的任务完成。
并行流很酷，可以一直用吗？
"当然不是！"
虽然只加上 `.parallel` 就可以把[一个流][3]转为并行流，但这并不表示所有情况都适用。
[3]:https://java2blog.com/java-8-stream-filter-examples/
在使用并行流时，需要考虑许多因素，否则将会遭遇并行流带来的负面影响。
并行流的开销远高于顺序流，而且协调线程需要花费大量时间。
[4]:http://www.java67.com/2014/04/java-8-stream-examples-and-tutorial.html
当且仅当以出现下面的情况时，需要考虑使用并行流：
需要处理大量数据；
正如你所知道的那样，Java 使用了 [ForkJoinPool][5] 实现并行。`ForkJoinPool` 会把输入流拆分后提交执行，因此需要确保输入流是可拆分的。
[5]:http://javarevisited.blogspot.sg/2016/12/difference-between-executor-framework-and-ForkJoinPool-in-Java.html
例如：
[ArrayList][6] 非常易于拆分，因为可以通过索引找到一个中间元素进行拆分。但 `LinkedList` 很难拆分，而且大多数情况下运行效果并不好。
实际使用中会遇到麻烦的性能问题；
需要确保线程之间的所有共享资源都能正确同步，否则可能会产生意外的结果。
[6]:https://javarevisited.blogspot.com/2011/05/example-of-arraylist-in-java-tutorial.html
衡量并行性最简单的公式是 Brian Goetz 在他的演讲中提到的 “NQ” 模型。
"NQ 模型："
```
N x Q >10000
```这里，
N = 数据元素数量
Q = 每个元素执行的工作量
这意味着，如果数据元素数量很大且每个元素执行的工作量较小（如加法操作），并行性可能会让程序更快地运行，反之亦然。如果数据元素数量较少且每个元素执行的工作量较大（比如做一些复杂的计算工作），并行处理也可能会更快地得到结果。
让我们看看另一个例子。
下面的示例将展示在执行长时间计算时，采用并行流或顺序流 CPU 的不同表现。我们将做一些耗时的计算让 CPU 忙碌起来。
```java
package org.arpit.java2blog.java8;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class PerformanceComparisonMain {
public static void main(String[] args) {
long currentTime=System.currentTimeMillis();
List<Integer> data=new ArrayList<Integer>();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
data.add(i);
}
long sum=data.stream()
.map(i ->(int)Math.sqrt(i))
.map(number->performComputation(number))
.reduce(0,Integer::sum);
System.out.println(sum);
long endTime=System.currentTimeMillis();
System.out.println("Time taken to complete:"+(endTime-currentTime)/(1000*60)+" minutes");
}
public static int performComputation(int number)
{
int sum=0;
for (int i = 1; i < 1000000; i++) {
int div=(number/i);
sum+=div;
}
return sum;
}
}
```运行上面的程序结果如下：
>>>
117612733
Time taken to complete:6 minutes
>>>然而这里不关心输出，而是关心在执行操作时 CPU 的表现。
如图所示，在顺序流情况下，CPU 没有得到充分利用。
让我们修改第16行使并行流，再次运行程序。
```java
long sum=data.stream()
.parallel()
.map(i ->(int)Math.sqrt(i))
.map(number->performComputation(number))
.reduce(0,Integer::sum);
```使用并行流执行，输出的结果中耗时明显减少。
>>>
117612733
Time taken to complete:3 minutes
>>>查看使用并行流运行程序时 CPU 的历史记录。
如图所示，并行流使用了所有4个 CPU 核心进行计算。
以上是有关 Java 并行流的所有介绍。
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