Java分治并行：CountedCompleter实战解析

## Java分治并行：CountedCompleter使用详解与百度SEO优化 想要提升Java并行计算效率？CountedCompleter是你的利器！本文深入解析Java并发包中的CountedCompleter，它通过精巧的pending count机制，为分治算法提供强大的自定义任务完成条件支持。相比RecursiveTask，CountedCompleter更加灵活，允许开发者手动管理等待计数，并通过tryComplete()方法触发onCompletion回调，实现结果合并。文章将详细讲解CountedCompleter的核心机制、常用方法，并通过数组求和的实例，展示如何利用它实现高效的分治并行。同时，本文还将总结CountedCompleter的关键设计要点、适用场景与优势，助你掌握这一强大的并发工具，优化你的Java程序性能。

CountedCompleter通过pending count机制实现自定义任务完成条件，适用于分治算法；其核心是手动管理等待计数，调用tryComplete()触发onCompletion回调合并结果，比RecursiveTask更灵活但复杂。

在Java中，CountedCompleter 是 ForkJoinTask 的一个抽象子类，适用于需要自定义任务完成条件的场景，特别适合实现分治并行算法。它比普通的 RecursiveAction 或 RecursiveTask 更灵活，因为你可以控制任务何时才算“完成”——不是执行完 compute 就结束，而是通过手动调用 tryComplete() 或 complete(...) 来触发完成逻辑。

理解 CountedCompleter 的核心机制

CountedCompleter 的关键在于“等待计数器”（pending count）。每个任务都有一个内部计数器，表示它等待多少个子任务完成。当一个任务被创建时，你可以设置它的 pending count。每当一个子任务完成，计数器减一。当计数器归零时，系统自动调用任务的 onCompletion(CountedCompleter) 方法，并向上游传播完成状态。

常用方法：

• compute()：主逻辑入口，通常用于拆分任务或执行计算。
• tryComplete()：将当前任务的 pending count 减一；如果归零，则触发 onCompletion 并通知父任务。
• onCompletion(CountedCompleter)：任务完成时的回调，常用于合并结果。
• addToPendingCount(int delta)：增加等待的子任务数量。
• quietlyComplete()：强制完成任务而不触发异常传播。

使用 CountedCompleter 实现分治求和

下面以数组求和为例，展示如何用 CountedCompleter 实现并行分治：

import java.util.concurrent.*;
<p>public class SumTask extends CountedCompleter<Long> {
private final long[] array;
private final int lo, hi;
private Long result;</p><pre class="brush:java;toolbar:false;">public SumTask(CountedCompleter<?> parent, long[] array, int lo, int hi) {
    super(parent);
    this.array = array;
    this.lo = lo;
    this.hi = hi;
}

@Override
public void compute() {
    if (hi - lo &lt;= 1000) {
        // 小数据量直接计算
        long sum = 0;
        for (int i = lo; i &lt; hi; i++) {
            sum += array[i];
        }
        result = sum;
        // 告知自己已完成，减少父任务的等待计数
        tryComplete();
    } else {
        // 拆分为两个子任务
        int mid = (lo + hi) / 2;
        // 增加两个待完成的子任务
        addToPendingCount(1); // 右半部分
        addToPendingCount(1); // 左半部分

        // 提交右半部分（作为新任务）
        new SumTask(this, array, mid, hi).fork();
        // 当前任务处理左半部分
        new SumTask(this, array, lo, mid).fork(); // 也可复用当前任务
    }
}

@Override
public void onCompletion(CountedCompleter<?> caller) {
    // 合并子任务结果
    SumTask left = (SumTask) getFirstChild();
    SumTask right = (SumTask) left.getNextSibling();

    long leftResult = left == null ? 0 : left.result;
    long rightResult = right == null ? 0 : right.result;

    result = leftResult + rightResult;
}

public Long getRawResult() {
    return result;
}

// 示例运行
public static void main(String[] args) {
    long[] data = new long[100_000];
    Arrays.fill(data, 1);

    ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
    SumTask task = new SumTask(null, data, 0, data.length);
    pool.invoke(task);

    System.out.println("Sum: " + task.getResult());
    pool.shutdown();
}

}

关键设计要点

使用 CountedCompleter 时需注意以下几点：

• 显式管理 pending count：每次创建子任务必须调用 addToPendingCount(1)，否则父任务不会等待它。
• 正确调用 tryComplete：叶子任务计算完成后应调用 tryComplete() 触发完成流程。
• 结果合并放在 onCompletion：不要在 compute 中直接合并，应在 onCompletion 中处理，确保所有子任务已完成。
• 父子关系由构造函数传递：子任务的 parent 应传入当前任务，形成任务树结构。
• 避免内存泄漏：长时间运行的任务应避免持有大对象引用，及时释放中间结果。

适用场景与优势

CountedCompleter 特别适合以下情况：

• 任务依赖多个子任务完成才可继续（如树形结构遍历）。
• 需要动态生成子任务数量（比如递归图遍历）。
• 希望更精细控制任务完成逻辑，而非简单的 fork/join 模型。

相比 RecursiveTask，它提供了更大的灵活性，但代价是代码复杂度上升。对于标准的分治问题（如归并排序、矩阵乘法），若子任务数固定为2，RecursiveTask 更简洁；但若子任务数可变或需要延迟完成判断，CountedCompleter 是更好选择。

基本上就这些。

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