自更新集合并发问题

Question

我正在尝试建立一个自我更新的集合。集合中的每个项目都有一个位置 (x,y)。当位置改变时，会触发一个事件，集合将重新定位该项目。

在内部，该集合使用“锯齿状字典”。外部字典使用 x 坐标 a 键，而嵌套字典使用 y 坐标 a 键。然后，嵌套字典将项目列表作为值。

该集合还维护一个字典来存储嵌套字典中存储的项目位置 - 项目到存储位置查找。

我在确保集合线程安全方面遇到了一些麻烦，这是我真正需要的。

该集合的源代码：

    public class PositionCollection<TItem, TCoordinate> : ICollection<TItem>
    where TItem : IPositionable<TCoordinate>
    where TCoordinate : struct, IConvertible
{
    private readonly object itemsLock = new object();
    private readonly Dictionary<TCoordinate, Dictionary<TCoordinate, List<TItem>>> items;
    private readonly Dictionary<TItem, Vector<TCoordinate>> storedPositionLookup;

    public PositionCollection()
    {
        this.items = new Dictionary<TCoordinate, Dictionary<TCoordinate, List<TItem>>>();
        this.storedPositionLookup = new Dictionary<TItem, Vector<TCoordinate>>();
    }

    public void Add(TItem item)
    {
        if (item.Position == null)
        {
            throw new ArgumentException("Item must have a valid position.");
        }

        lock (this.itemsLock)
        {
            if (!this.items.ContainsKey(item.Position.X))
            {
                this.items.Add(item.Position.X, new Dictionary<TCoordinate, List<TItem>>());
            }

            Dictionary<TCoordinate, List<TItem>> xRow = this.items[item.Position.X];

            if (!xRow.ContainsKey(item.Position.Y))
            {
                xRow.Add(item.Position.Y, new List<TItem>());
            }

            xRow[item.Position.Y].Add(item);

            if (this.storedPositionLookup.ContainsKey(item))
            {
                this.storedPositionLookup[item] = new Vector<TCoordinate>(item.Position);
            }
            else
            {
                this.storedPositionLookup.Add(item, new Vector<TCoordinate>(item.Position)); // Store a copy of the original position
            }

            item.Position.PropertyChanged += (object sender, PropertyChangedEventArgs eventArgs) => this.UpdatePosition(item, eventArgs.PropertyName);
        }
    }

    private void UpdatePosition(TItem item, string propertyName)
    {
        lock (this.itemsLock)
        {
            Vector<TCoordinate> storedPosition = this.storedPositionLookup[item];
            this.RemoveAt(storedPosition, item);
            this.storedPositionLookup.Remove(item);
        }

        this.Add(item);

    }
}

我编写了一个简单的单元测试来检查并发问题：

        [TestMethod]
    public void TestThreadedPositionChange()
    {
        PositionCollection<Crate, int> collection = new PositionCollection<Crate, int>();
        Crate crate = new Crate(new Vector<int>(5, 5));
        collection.Add(crate);

        Parallel.For(0, 100, new Action<int>((i) => crate.Position.X += 1));

        Crate same = collection[105, 5].First();
        Assert.AreEqual(crate, same);
    }

每次运行测试时，实际存储的位置都会有所不同。我感谢您提供的任何反馈。

Answer 1

您可以为每个 X 坐标维护一个锁列表，以提高并发性，否则您不会看到性能有太大提升。

或者，您可以切换到四叉树或其他一些空间索引系统，以便最大限度地减少项目移动时数据结构的扰动。使用四叉树，您可以通过在各个树级别而不是数据结构范围内持有独立锁来最大程度地减少并发问题。

您的数据结构使得跟踪移动对象变得非常昂贵，因为它几乎必须不断更新自身。使用“存储桶”方法（如果您对 X/Y 坐标有限制），您可以将更新限制为仅当项目更改存储桶时。

private void UpdatePosition(TItem item)
{
    // each bucket holds some MxN section of the X,Y grid
    var nextBucket = CalculateBucket(item.Position);
    if (nextBucket != item.Bucket)
    {
        lock (wholeCollectionLock)
        {
            this.buckets[nextBucket].Add(item);
            this.buckets[item.Bucket].Remove(item);
            item.Bucket = nextBucket;
        }
    }
}

public IEnumerable<TItem> ItemsAt(TPosition position)
{
    var bucket = CalculateBucket(position);
    lock (wholeCollectionLock)
    {
        // this will be efficient enough for cases where O(n) searches
        // have small enough n's
        // needs to be .ToArray for "snapshot"
        return this.buckets[bucket].Where(xx => xx.Position == position).ToArray();
    }
}