Реализация приоритетной очереди в многопоточной среде на Delphi

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Приоритетная очередь – это структура данных, которая позволяет хранить элементы в порядке их приоритета. В многопоточной среде, где несколько потоков могут одновременно добавлять или удалять элементы, важно обеспечить корректность работы с очередью, предотвращая при этом возможные проблемы с синхронизацией.

Проблема

Разработчик ищет реализацию приоритетной очереди на Delphi, которая могла бы эффективно функционировать в многопоточной среде. Предпочтительно, чтобы очередь была реализована без блокировок (lock-free) или использовала механизмы для многопоточных вставок и удалений, более эффективные, чем простая блокировка обертки вокруг однопоточной реализации. Обычно очередь используется для добавления, удаления элементов и уведомлений о изменении элемента с наивысшим приоритетом. Операции "извлечения" элемента с наивысшим приоритетом должны происходить редко.

Контекст

В контексте вопроса указано, что очередь будет использоваться для мониторинга задач в фоновых потоках, с помощью "watchdog/timeout" потока. Задачи обычно завершаются нормально, поэтому основной функционал – это добавление и удаление из очереди. Поток "watchdog" должен ожидать следующего события истечения времени ожидания, что требует уведомлений о изменении элемента с наивысшим приоритетом.

Подтвержденный ответ

В комментариях обсуждается идея использования "ожидающих удаления" элементов в внутреннем состоянии, что позволит "watchdog" потоку обрабатывать их в будущем. Также упоминается, что интервалы истечения времени ожидания могут быть ограничены небольшим набором значений, что делает возможным использование отдельной FIFO очереди для каждого значения времени ожидания.

Альтернативный ответ

В качестве альтернативы рассматривается использование отдельной очереди для каждого приоритета, но это усложняет операции извлечения элементов. Также упоминается библиотека OmniThreadLibrary, содержащая потокобезопасные очереди, и библиотека EZDSL, которая включает реализацию приоритетной очереди на Delphi, но основанную на блокировках.

Пример решения

Исходя из контекста, можно предложить следующую стратегию:

1. Использовать отдельную FIFO очередь для каждого значения времени ожидания.
2. В каждой очереди поддерживать элементы в состоянии "ожидает удаления", что позволит "watchdog" потоку обрабатывать их без блокировок.
3. При добавлении элемента в очередь, установить соответствующее состояние времени ожидания.
4. При изменении внутреннего состояния элемента с наивысшим приоритетом, уведомить "watchdog" поток.

Пример кода

type
  TTaskItem = class
  private
    FPriority: Integer;
    FTimeout: Integer;
    FIsPendingDelete: Boolean;
  public
    constructor Create(aPriority, aTimeout: Integer);
    property Priority: Integer read FPriority;
    property Timeout: Integer read FTimeout;
    property IsPendingDelete: Boolean read FIsPendingDelete write SetPendingDelete;
  end;

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
var
  WatchdogThread: TThread;
begin
  WatchdogThread := TThread.CreateAnonymousThread(
    procedure
    var
      PriorityQueue: TList<TTaskItem>;
      CurrentItem: TTaskItem;
    begin
      PriorityQueue := TList<TTaskItem>.Create;
      try
        while not Terminated do
        begin
          // Ожидание, пока не изменится элемент с наивысшим приоритетом
          while (PriorityQueue.Count = 0) or (not PriorityQueue[0].IsPendingDelete) do
            Sleep(100);
          // Обработка элементов, ожидающих удаления
          while PriorityQueue.Count > 0 and PriorityQueue[0].IsPendingDelete do
          begin
            CurrentItem := PriorityQueue[0];
            PriorityQueue.Delete(0);
            // Обработка элемента
            if CurrentItem.Timeout <= GetTickCount then
              // Действия по истечении времени ожидания
              ;
          end;
        end;
      finally
        PriorityQueue.Free;
      end;
    end);
  WatchdogThread.Start;
end;

procedure TForm1.AddTask(aPriority, aTimeout: Integer);
var
  NewTask: TTaskItem;
begin
  NewTask := TTaskItem.Create(aPriority, aTimeout);
  // Добавление в соответствующую FIFO очередь
  // ...
end;

Заключение

Приоритетная очередь в многопоточной среде – это сложная задача, требующая тщательной проработки механизмов синхронизации и уведомлений. Использование отдельных FIFO очередей для каждого значения времени ожидания и поддержание элементов в состоянии "ожидает удаления" может быть эффективным решением, учитывая ограниченное количество различных значений времени ожидания.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Разработка приоритетной очереди для многопоточной среды в Delphi, обеспечивающей эффективную работу с синхронизацией и уведомлениями о изменениях элементов с наивысшим приоритетом.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Потоки ::