自我更新集合并发问题

Question

我正在尝试建立一个自我更新的收藏集。 集合中的每个项目都有一个位置（x，y）。 更改位置后，将触发一个事件，并且集合将重新定位该项目。

内部使用的是“锯齿状字典”。 外部字典使用x坐标作为键，而嵌套字典使用y坐标作为键。 然后，嵌套字典将项目列表作为值。

该集合还维护着一个字典，用于存储嵌套字典中存储的项位置-项到存储的位置查找。

我在确保收集线程安全方面遇到了一些麻烦，这是我真正需要的。

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);
    }

每次我运行测试时，实际的存储位置都会有所不同。 感谢您提供的任何反馈意见。

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，您不会看到很多性能提升。

或者，您可以切换到四叉树或其他一些空间索引系统，以最大程度地减少项目移动时数据结构的干扰。 使用四叉树，您可以通过在各个树级别而不是整个数据结构上持有独立的锁来最大程度地减少并发问题。

您的数据结构使跟踪移动的对象非常昂贵，因为它几乎必须不断更新自身。 使用“存储桶式”方法（如果您已绑定到X / Y坐标），则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();
    }
}