进化模拟 - 定时器事件处理的持久线程

Question

我正在研究一种简单的进化算法。

工作原理：

我有一个网格地图，每个细胞都是空白，植物或草食动物。 植物和食草动物是生物（植物不是，无论如何），所以它们都有能量和颜色。生物每隔几毫秒（当计时器触发时）就会发生任何事情。植物不断补充能量，食草动物失去能量。如果植物完全充电，它会以随机方向（北，南，东或西）观察，如果该方向的相邻细胞是空白，植物将再生成该细胞。草食动物通过食用植物恢复能量。当草食动物轮到做东西时，它会看着一个随机相邻的细胞。如果它是空的，食草动物就会移动到那里。如果它是一种植物，草食动物会尝试吃它然后移动到那里。食草动物的颜色越接近植物'，草食动物成功的机会就越大。如果食草动物达到0能量，它就会死亡。如果食草动物达到最大能量，它也会繁殖。后代的颜色总是与父母的颜色略有不同。

这是一张图片：

这是从内部吃掉的很多植物。

过了一会儿，系统正常化了：

大片会消失，并且随时会出现几种颜色。当然，这是预期的。

所以，我现在有一个工作程序。但是，它由一个线程运行，我想让它多线程。我打算为地图上的每个单元格创建一个线程。

我知道这有点矫枉过正，但无论如何我都想这样做。这样，我可以拥有这些小的原子碎片，细胞，所有这些都可以异步工作，它们可以在飞行中互相插入，就好像把拼图拼凑起来一样。

这就是基本的想法。我想让细胞尽可能自主。我试图实现这个：我为每个单元格创建了一个swing计时器，当计时器触发时，我启动了一个线程让单元格进行操作。我还为每个单元格添加了锁定，这样shtuff就不会搞砸了。多个邻居尝试访问同一个小区。这个问题是每次单元格尝试执行某些操作时都会调用一个新线程。我知道这是非常消耗资源（第一手经验）所以我想以某种方式为每个单元格创建持久线程。每个线程都会处理它自己的单元的计时器，动作监听器，并在计时器触发时运行它的单元格的动作。这些线程基本上永远不会停止。我需要帮助，因为我不确定如何实现这样的系统。

编辑：澄清问题：我需要一个侦听计时器事件的线程示例，并在计时器触发时运行。这应该都发生在线程内。

Answer 1

我认为增加Thread的数量只有在增加cpu核心时才有意义。您可以考虑使用超线程。因此，例如，如果你有一个启用了HT的四核CPU，那么它可以同时处理8 Thread个。

另一件事是，这通常是以另一种方式完成的。假设你有10个物体（植物，食草动物，等等）。每个都有calculateNextState()之类的方法。您只需计算10个对象的循环中的所有状态，然后当您为所有状态创建新状态时，您将刷新GUI。你无限制地做这个广告。您不需要计时器，只需要考虑计算所需的时间。

示例：

你有一种食草动物，其速度为10个单位（x轴）。其位置为(2,4)上次计算与now()之间经过的时间为 200ms 您将其位置更新为(4,4)。等等...

至于并行化：您可以创建ThreadPool并将Runnable推入其中。事实上，每个Runnable都是计算GameObject的下一个状态的函数（我刚刚给出了你所拥有的生物的名字）。当所有ThreadPool完成工作后，您可以更新GUI。

主要的是：如果您为计算设置固定时间，则无法真正更新gui上的任意数量的对象，因为它可能需要比您设置的时间更长。< / p>

示例：如果您说“我想每秒更新一次”，但您有5.000.000个对象，则计算可能需要2秒。这就是为什么我建议你应该使用我描述的模型。所有状态计算都应该是可并行化的，因此您可以在线程之间分配工作。

然而，有一点需要注意：你必须考虑到2种不同的植物/食草动物试图扩展到上一次计算后空的同一个细胞的情况。

Answer 2

不妨写下我自己的答案。

首先：您将无法使用纯实体线程，基于计时器的方法准确地表示您的模拟世界。

原因如下：

当然，左侧是世界模型和右侧，是基于您的方法实现的简单线程模型。

现在，要指出的重点是：

模拟模型中的
• ：
  1. 每个实体的状态完全内化。草食动物，植物等包含它本身需要的所有信息。
  2. 所有实体都是自主。实体不关心其他东西是否正在移动，被吃掉等，或者其他实体同时在做多少。
  3. 所有实体均以实时运作。它们如何根据其内部状态出现，就是它们在世界上的表现。
• 在实际实施模型中：
  1. 主内存中有全局状态。所有实体都需要将线程本地状态与全局状态同步，否则会遇到不一致。
  2. • 实体线程争夺有限的CPU资源。线程可以随时进入非活动状态 - 甚至不是“你的”线程来启动！ 正在执行多少个其他线程变得非常相关。
     • 实体线程竞争主内存访问。当一个线程锁定一个公共锁时，另一个线程必须等到它被解锁。
  3. 实体线程完全脱离它们出现的方式（即在GUI查看器中）。

从这三点来看，我希望很明显模型是不兼容的。

你可能尝试使你的世界模型适应线程模型，但是你会遇到改变你的世界以适应实现的问题。例如，您提到的锁定 - 它们会改变您的世界的运作方式，具体取决于您的方法。

当然，如果在特定情况中对此没问题，请继续（这意味着您对速度减少，通常伴随着大量的线程，以及同步带来的所有好问题）。

但是，在一般情况下，您应该根据您的规范选择实施，而不是相反。

如果你注意上述内容，你有很多选择，其中大部分都依赖于Adam Arold所描述的离散模拟步骤，并由clwhisk进行了细化。这些模型包括：

• 使用ThreadPoolExecutor或ForkJoinPool处理工作单位的有限数量的工作线程，
• 将网格模型编码为一组方程，
• 等。等

Answer 3

您没有定义持久性线程对您来说意味着什么。

在当前的计算机和操作系统上，{p> Threads与processes不一样persistent（请参阅application checkpointing）。例如，它们在单词的Java serializable中不是sense。

您需要实现自己的计算持久性实现（而不是线程）。在continuation passing style中设计您的计划可能会有所帮助。拥有自己的持久计算概念（例如，让每个线程运行一个小循环，其状态是持久的和可序列化的。）

不要想到有数千（甚至数百）个线程;它们是昂贵的资源。考虑使用一个小thread pool（最多几十个线程）。线程池的大小应该是可配置的，不应该取决于数据的大小（或者你正在计算的问题）。

您可能需要考虑futures and promises，例如Java futures（在小型线程池中共享线程）。

Answer 4

正如亚当的回答所暗示的那样，这通常是通过时间步长完成的。每个生物都有倒计时到下一个动作，并且最简单的形式是倒计时将是一个递减的整数，calculateNextState()在每一步都调用一切。但是你有更多的灵活性。例如，将生物存储在按（双）倒计时排序的优先级队列中。您可以通过在队列中混洗他们的顺序来随机打破关系，或者在倒计时中添加随机元素。最重要的是，您可以使用常规方法完全控制模拟。线程不是工作的工具 - 它们听起来像是做了额外的工作，每次有并行任务时都应该使用它，但事实并非如此。