[[334438]]

前言

在 Java7 之前，如果想要并行處理一個集合，我們需要以下幾步：

1.  手動分成幾部分 
2.  為每部分創建線程
3.  在適當的時候合并。并且還需要關注多個線程之間共享變量的修改問題。

而 Java8 為我們提供了并行流，可以一鍵開啟并行模式。是不是很酷呢？讓我們來看看吧

并行流

認識和開啟并行流

什么是并行流： 并行流就是將一個流的內容分成多個數據塊，并用不同的線程分別處理每個不同數據塊的流。例如有這么一個需求：

有一個 List 集合，而 list 中每個 apple 對象只有重量，我們也知道 apple 的單價是 5元/kg，現在需要計算出每個 apple 的單價，傳統的方式是這樣： 

List<Apple> appleList = new ArrayList<>(); // 假裝數據是從庫里查出來的  
for (Apple apple : appleList) {  
    apple.setPrice(5.0 * apple.getWeight() / 1000);  
} 

我們通過迭代器遍歷 list 中的 apple 對象，完成了每個 apple 價格的計算。而這個算法的時間復雜度是 O(list.size()) 隨著 list 大小的增加，耗時也會跟著線性增加。并行流可以大大縮短這個時間。

并行流處理該集合的方法如下： 

appleList.parallelStream().forEach(apple -> apple.setPrice(5.0 * apple.getWeight() / 1000)); 

和普通流的區別是這里調用的 parallelStream() 方法。當然也可以通過 stream.parallel() 將普通流轉換成并行流。推薦看下：Java 8 創建 Stream 的 10 種方式，更多可以關注Java技術棧公眾號回復java獲取系列教程。

并行流也能通過 sequential() 方法轉換為順序流，但要注意：流的并行和順序轉換不會對流本身做任何實際的變化，僅僅是打了個標記而已。并且在一條流水線上對流進行多次并行 / 順序的轉換，生效的是最后一次的方法調用

并行流如此方便，它的線程從那里來呢？有多少個？怎么配置呢？

并行流內部使用了默認的 ForkJoinPool 線程池。默認的線程數量就是處理器的核心數，而配置系統核心屬性：java.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism 可以改變線程池大小。不過該值是全局變量。

改變他會影響所有并行流。目前還無法為每個流配置專屬的線程數。一般來說采用處理器核心數是不錯的選擇

測試并行流的性能

為了更容易的測試性能，我們在每次計算完蘋果價格后，讓線程睡 1s，表示在這期間執行了其他 IO 相關的操作，并輸出程序執行耗時,順序執行的耗時： 

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
    List<Apple> appleList = initAppleList();  
    Date begin = new Date();  
    for (Apple apple : appleList) {  
        apple.setPrice(5.0 * apple.getWeight() / 1000);  
        Thread.sleep(1000);  
    }  
    Date end = new Date();  
    log.info("蘋果數量：{}個, 耗時：{}s", appleList.size(), (end.getTime() - begin.getTime()) /1000);  
} 

并行版本 

List<Apple> appleList = initAppleList();  
Date begin = new Date();  
appleList.parallelStream()  
.forEach(apple ->  
         {  
             apple.setPrice(5.0 * apple.getWeight() / 1000);  
             try {  
                 Thread.sleep(1000);  
             } catch (InterruptedException e) {  
                 e.printStackTrace();  
             }  
         }  
        );  
Date end = new Date();  
log.info("蘋果數量：{}個, 耗時：{}s", appleList.size(), (end.getTime() - begin.getTime()) /1000); 

耗時情況

跟我們的預測一致，我的電腦是 四核I5 處理器，開啟并行后四個處理器每人執行一個線程，最后 1s 完成了任務！

并行流可以隨便用嗎？

可拆分性影響流的速度

通過上面的測試，有的人會輕易得到一個結論：并行流很快，我們可以完全放棄 foreach/fori/iter 外部迭代，使用 Stream 提供的內部迭代來實現了。

事實真的是這樣嗎？并行流真的如此完美嗎？答案當然是否定的。大家可以復制下面的代碼，在自己的電腦上測試。測試完后可以發現，并行流并不總是最快的處理方式。

1.  對于 iterate 方法來處理的前 n 個數字來說，不管并行與否，它總是慢于循環的，非并行版本可以理解為流化操作沒有循環更偏向底層導致的慢。可并行版本是為什么慢呢？這里有兩個需要注意的點：

      2.  iterate 生成的是裝箱的對象，必須拆箱成數字才能求和

      3.  我們很難把 iterate 分成多個獨立的塊來并行執行

          這個問題很有意思，我們必須意識到某些流操作比其他操作更容易并行化。對于 iterate 來說，每次應用這個函數都要依賴于前一次應用的結果。因此在這種情況下，我們不僅不能有效的將流劃分成小塊處理。反而還因為并行化再次增加了開支。

      4.  而對于 LongStream.rangeClosed() 方法來說，就不存在 iterate 的第兩個痛點了。它生成的是基本類型的值，不用拆裝箱操作，另外它可以直接將要生成的數字 1 - n 拆分成 1 - n/4， 1n/4 - 2n/4， ... 3n/4 - n 這樣四部分。因此并行狀態下的 rangeClosed() 是快于 for 循環外部迭代的 

package lambdasinaction.chap7;  
import java.util.stream.*;  
public class ParallelStreams {  
    public static long iterativeSum(long n) {  
        long result = 0;  
        for (long i = 0; i <= n; i++) {  
            result += i;  
        }  
        return result;  
    }  
    public static long sequentialSum(long n) {  
        return Stream.iterate(1L, i -> i + 1).limit(n).reduce(Long::sum).get();  
    }  
    public static long parallelSum(long n) {  
        return Stream.iterate(1L, i -> i + 1).limit(n).parallel().reduce(Long::sum).get();  
    }  
    public static long rangedSum(long n) {  
        return LongStream.rangeClosed(1, n).reduce(Long::sum).getAsLong();  
    }  
    public static long parallelRangedSum(long n) {  
        return LongStream.rangeClosed(1, n).parallel().reduce(Long::sum).getAsLong();  
    }  
}  
package lambdasinaction.chap7;  
import java.util.concurrent.*;  
import java.util.function.*;  
public class ParallelStreamsHarness {  
    public static final ForkJoinPool FORK_JOIN_POOL = new ForkJoinPool();  
    public static void main(String[] args) {  
        System.out.println("Iterative Sum done in: " + measurePerf(ParallelStreams::iterativeSum, 10_000_000L) + " msecs");  
        System.out.println("Sequential Sum done in: " + measurePerf(ParallelStreams::sequentialSum, 10_000_000L) + " msecs");  
        System.out.println("Parallel forkJoinSum done in: " + measurePerf(ParallelStreams::parallelSum, 10_000_000L) + " msecs" );  
        System.out.println("Range forkJoinSum done in: " + measurePerf(ParallelStreams::rangedSum, 10_000_000L) + " msecs");  
        System.out.println("Parallel range forkJoinSum done in: " + measurePerf(ParallelStreams::parallelRangedSum, 10_000_000L) + " msecs" );  
    }  
    public static <T, R> long measurePerf(Function<T, R> f, T input) {  
        long fastest = Long.MAX_VALUE;  
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
            long start = System.nanoTime();  
            R result = f.apply(input);  
            long duration = (System.nanoTime() - start) / 1_000_000;  
            System.out.println("Result: " + result);  
            if (duration < fastest) fastest = duration;  
        }  
        return fastest;  
    }  
} 

共享變量修改的問題

并行流雖然輕易的實現了多線程，但是仍未解決多線程中共享變量的修改問題。下面代碼中存在共享變量 total，分別使用順序流和并行流計算前n個自然數的和 

public static long sideEffectSum(long n) {  
    Accumulator accumulator = new Accumulator();  
    LongStream.rangeClosed(1, n).forEach(accumulator::add);  
    return accumulator.total;  
}  
public static long sideEffectParallelSum(long n) {  
    Accumulator accumulator = new Accumulator();  
    LongStream.rangeClosed(1, n).parallel().forEach(accumulator::add);  
    return accumulator.total;  
}  
public static class Accumulator {  
    private long total = 0;  
    public void add(long value) {  
        total += value;  
    }  
} 

順序執行每次輸出的結果都是：50000005000000，而并行執行的結果卻五花八門了。這是因為每次訪問 totle 都會存在數據競爭，關于數據競爭的原因，大家可以看看關于 volatile 的博客。因此當代碼中存在修改共享變量的操作時，是不建議使用并行流的。

并行流的使用注意

在并行流的使用上有下面幾點需要注意：

•  盡量使用 LongStream / IntStream / DoubleStream 等原始數據流代替 Stream 來處理數字，以避免頻繁拆裝箱帶來的額外開銷
•  要考慮流的操作流水線的總計算成本，假設 N 是要操作的任務總數，Q 是每次操作的時間。N * Q 就是操作的總時間，Q 值越大就意味著使用并行流帶來收益的可能性越大

例如：前端傳來幾種類型的資源，需要存儲到數據庫。每種資源對應不同的表。我們可以視作類型數為 N，存儲數據庫的網絡耗時 + 插入操作耗時為 Q。一般情況下網絡耗時都是比較大的。因此該操作就比較適合并行處理。當然當類型數目大于核心數時，該操作的性能提升就會打一定的折扣了。更好的優化方法在日后的博客會為大家奉上

•  對于較少的數據量，不建議使用并行流
•  容易拆分成塊的流數據，建議使用并行流

以下是一些常見的集合框架對應流的可拆分性能表：

源	可拆分性
ArrayList	極佳
LinkedList	差
IntStream.range	極佳
Stream.iterate	差
HashSet	好
TreeSet	好

碼字不易，如果你覺得讀完以后有收獲，不妨點個推薦讓更多的人看到吧！