如何在Java中并发计算近似值？

Question

这可能是一个有许多可能答案的问题，但我要求的是最好的设计，而不是“如何做到这一点”。

让我们假设我们正在实现一个具有计算Pi的UI的程序。我可以点击" start“按钮开始计算，点击"Stop”按钮中止计算，得到迄今为止计算出的Pi精度值最高的消息框。

我想直接的方法应该是在一个新的线程中开始一个Runnable。runnable计算Pi，并将当前值存储在两个线程都可以访问的共享变量中。"Stop“将中止Thread，并显示共享变量。

不过，我有一种感觉，这可以更优雅地实现，但我不确定如何实现。也许使用CompletableFuture？

我宁愿在不向我的项目添加任何新库的情况下解决这个问题，但是如果你知道有一个库对此支持得特别好，请在评论中留下它。

显然，计算Pi永远不会结束。不过，如果解决方案还支持计算国际象棋中的最佳走法，那就太好了。如果有足够的时间，它将完成，但通常必须中止，返回到目前为止最好的移动。

Answer 1

参考你的计算Pi或计算国际象棋中的最佳走法的例子，你的近似算法本质上是迭代的。例如Pi的随机抽样和国际象棋的MCMC。这让我想到了两个appraoches。

1.使用threadsafe标志

Cou可以使用AtomicBoolean，它是一个线程安全布尔型变量。你需要把它传递给你的Runnable，让它在计算近似值时检查它的状态。同时你可以按listener来停止计算，这样就可以设置变量了。

2.计算小块

该算法的迭代性质使得拆分计算和稍后再次聚合计算成为可能。例如，你计算1000次迭代，你可以将其分成200次迭代的块，计算这5个块，并聚合结果。

我现在建议使用ExecutorCompletionService和TimerTask。这个想法是计算少量的迭代，这只需要很短的时间，并使用TimerTask用新的Runnable“重新填充”Executor。假设计算5个runnables需要1秒，你的计时器任务将每1秒将5个Runnables放入Executor中。当您点击停止按钮时，您将停止派生，并只等待挂起的任务完成，收集它们的结果，并有一个结果。

当然，你还需要一个变量来告诉TimerTask在调用完成服务的关闭方法后停止，但这个不一定是线程安全的。这种方法的另一个好处是，您的计算是并发的，并且您可以轻松地充分利用任何CPU，只需生成更多Runnables即可。同时这样做可以让你在更短的时间内计算更多，并获得更好的近似值。

Answer 2

你的问题是如何实现一个仍能交付结果的可停止任务。近似值是一个很好的例子，但在求解过程中可以忽略不计。

例如，FutureTask不会工作，因为他们的合同是他们自己决定何时完成，他们只能有一个结果或被取消。

共享(例如volatile)变量听起来合理，但也有它的缺点。当在一个紧密的循环中定期更新时，你可能会观察到比使用局部变量更差的性能，并且只有当对象是不可变的或者可以保证以正确的顺序进行读写时，读取共享对象的状态才是安全的。

您还可以使用结果交付BlockingQueue构建一些东西，一旦请求中断，计算线程就会将当前结果(甚至是对结果的定期更新)放入其中。

但最好的解决方案可能是(共享的) CompletableFuture。这是一种单一的结果项队列，但它具有更好的异常报告语义。

示例：

CompletableFuture<Integer> sharedFuture = new CompletableFuture<>();

Thread computing = new Thread(() -> {
    int value = 1;
    try {
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted() &&
                !sharedFuture.isDone()) { // check could be omitted
            value = value * 32 + 7;
        }
        sharedFuture.complete(value);
    } catch (Throwable t) {
        sharedFuture.completeExceptionally(t);
    }
});
computing.start();

try {
    Thread.sleep((long) (5000 * Math.random()));
} catch (InterruptedException ignored) {
}

computing.interrupt();
System.out.println(sharedFuture.get());

http://ideone.com/8bpEGV

你如何执行这项任务并不重要。除了上面的Thread，您还可以使用ExecutorService，然后取消Future，而不是中断线程。