限制对字段的并发访问答案

【问题标题】：Limiting concurrent access to a field限制对字段的并发访问
【发布时间】：2012-09-11 00:38:26
【问题描述】：

所以在我正在编写的程序中，我使用双向广度优先搜索来搜索图形。为此，我在 1 个线程中运行 1 个广度优先搜索，然后在另一个线程中运行一个。现在，当另一个搜索中的一个元素被命中或找到目标时（这从未真正发生过，但以防万一它出于某种原因......），就说搜索找到了最佳解决方案。

我遇到的问题是，我需要将这个最优解保存到一个字段中，因为我需要继续找到所有的解决方案，但是由于两个线程都在同一时间（我认为）。

有没有办法阻止对最后到达那里的线程的访问？我尝试过使用 AtomicReference 及其 compareAndSet 方法，但这并没有成功。值仍然搞砸了....

顺便说一句，我使用的是 java，而对于线程，我使用的是 Callable 对象。

【问题讨论】：

你的设计没有内在缺陷吗？假设两个搜索都在第 5 级的第一个元素上，并且它们找到了彼此。你会认为最短路径是 10。但是如果第一次搜索中第 5 级的第二个元素在第二个图的访问节点中，则可能有一个长度为 9 的解决方案。
@Mark 我会跟踪每次搜索访问了哪些节点，并在添加之前检查相反的集合成员资格。基本上，当集合中出现交集时，就说找到了解决方案。我应该让我的实现更清晰
好的，我想我在“答案”中修复了这个例子。我真的很感兴趣你如何在这种情况下得到正确的答案。也许我误解了你的方法。

标签： java concurrency atomic atomicreference

【解决方案1】：

看起来你有一个可能的 Livelock 或 Race condition 由于线程的随机顺序而发生。我建议采取不同的方法。（否则在某些时候你会遇到NP-Complete）。

我遇到的问题是我需要将此最佳解决方案保存到字段中。 因为我需要继续寻找所有的解决方案，但是由于两个线程同时命中，所以字段值变得混乱（我认为）。

有一种方法可以大大提高您当前的技术。您不需要查看每个解决方案，使用Greedy Approach 并使用Paralleled version 或Dijkstra's Shortest Path Algorithm。

最短路径（或在您的情况下最佳解决方案）

Dijkstra 算法是一种图搜索算法，用于解决具有非负边路径成本的图的单源最短路径问题，从而生成最短路径树。该算法常用于路由和其他图算法中的子程序。

线性实现

原始算法图一。(Source)

_{（来源：iforce.co.nz）}

可以在Here和Here找到Java实现

我认为这些实现是基于 BSP 树（但你应该明白）

并行实现

并行算法图 2. (Source)

如果您想获得优雅，还有其他方法可以使用 recursion 加速算法。

_{（来源：iforce.co.nz）}

如果您仍然遇到问题，另一个想法可能是使用不同的并发数据结构，例如 Map Reduce 或 Hadoop，而不是使用 Threads 搜索 Binary Tree，以修复您的搜索。

【讨论】：

好吧，我确实需要找到每一个解决方案。这是项目规范的一部分....我想我可以找到所有解决方案（不会花费太多时间），然后按长度排序以获得最短的解决方案，但看看会有一些额外的功劳任意分配，我希望在一秒钟内弹出最佳解决方案（使用我当前的方法可以实现，如果我只是在找到解决方案后立即返回）。然而，这看起来很值得深思！感谢您的意见，我一定会仔细阅读！
读入Travelling Sales Man Problem是计算机科学中的一个问题NP-Hard（这意味着人们还没有在多项式时间内解决它），查看每个解决方案的问题是，当每次搜索都有vertex 范围，例如google maps 200 万个可能的解决方案。从理论上讲，您的应用程序应该扩展。最诚挚的问候
我的数据集要小得多，而且我知道它不会增长到实际上不可能的大小。
哦，好吧，无论哪种方式都可以理解，该解决方案应该能够在一秒钟内为您找到最短路径（它是为大型数据集设计的，它是谷歌在其地图结果中使用的算法）。根据我对您当前方法的理解，您将采用O(x o(1+r)^t)（race conditions 的可能性很大，即使考虑到speed up），Dijkstra's 可以在O(n log(n)) 中做到这一点。最诚挚的问候
Computiational Complexity of Dijkstras Algorithm（文章没有考虑speed up，是关于线速度的）。

【解决方案2】：

注意：不是答案，只是检查算法的有效性

您的算法实际上是否产生最短路径？考虑这个图表：

 1A - 2A - 3A - 4A - 5A
  \             /     
   -- 2B -------

并假设完美交织（每个线程以完全相同的速率访问节点）。线程X 从1A 开始，线程Y 从5A 开始。顺序如下所示：

X visits 1A +{2A, 2B}
Y visits 5A +{4A}
X visits 2A +{3A}
Y visits 4A +{3A, 2B}
X visits 2B +{4A}
Y visits 3A +{2A}
X visits 3A (overlap; shortest path is computed to be 4)

但我们通过检查知道最短路径是 3：1A - 2B - 4A - 5A。

您的方法如何防止这种情况发生？无论您采用哪种方法检查重复项，我总是看到3A 在2B 之前重叠。在决定最佳路径长度之前，您是否总是完成“关卡”？

【讨论】：