Корректный способ защиты множества объектов от изменений

#c_sharp #net #многопоточность #ооп

Нужно написать приложение, которые моделирует некоторые физические процессы. Будет
написан некоторый класс Simulation, содержащий основные методы управления процессом
моделирования (например метод Step()). Все операции в конечном итоге будут производиться
над множеством (HashSet) объектов типа Atom. Над этим множеством после моделирования
надо производить различные действия, к классу Simulation не относящиеся (да и перед
моделированием это множество надо соорудить отдельно или откуда-то загрузить). В процессе
моделирования (то есть пока будет выполняться метод Step()) множество атомов желательно
как-то защитить от воздействия извне, т. е. запретить добавление / удаление атомов,
изменение их свойств.

Можно сделать HashSet полем класса Simulation, определив так же методы Add(Atom
atom), Remove(Atom atom) и т. п. А для защиты изменения в процессе моделирования использовать
if (locked) return.

public class Simulation
{
    private readonly HashSet _atoms = new HashSet();

    . . .

    private bool locked;     

    public bool Add(Atom atom)
    {
        if (locked) return false;
        if (atom == null) throw new ArgumentNullException(nameof(atom));
        return _atoms.Add(atom);
    }

    public bool Remove(Atom atom)
    {
        if (locked) return false;
        return _atoms.Remove(atom);
    }

    public void Step(float dt)
    {
        locked = true;

        . . .

        locked = false;
    }

    . . .

}


Но такой подход не позволяет защитить атомы от изменения во время моделирования если
ссылки на них есть где-то вне множества _atoms.

Подскажите, пожалуйста, как корректно разрешить данную проблему.



EDIT

Атом представляет собой следующий класс:

[Serializable]
public class Atom
{
    private static int _numberOfInstances;

    [NonSerialized] private readonly int _hashCode;

    public Atom()
    {
        _hashCode = Interlocked.Increment(ref _numberOfInstances);
    }

    [field: NonSerialized] internal Vector3 Acceleration { get; set; }
    [field: NonSerialized] internal Vector3 Displacement { get; set; }

    public Vector3 Position { get; set; }
    public Vector3 Velocity { get; set; }

    public override int GetHashCode()
    {
        return _hashCode;
    }
}


И защищать тут нужно свойства Position и Velocity.
    

Ответы

Ответ 1

Вариант 1.

Точно так же, как Вы уже показали. Добавить поле locked в Atom и проверять его во
всех сетерах свойств.

Вариант 2.

Склонировать набор атомов в новые объекты, на которые ни у кого нет ссылок, и работать
с ними.


Ответ 2

Если атомы - простые структуры и не содержат внутри себя ничего изменяемого, то можно
сделать интерфейс только для чтения

public interface IReadonlyAtom
{
    int Id {get;}
    string Name{get;}
}


Написать реализацию атома

public class Atom : IReadonlyAtom
{
    public int Id {get;private set;}
    public string Name {get;set;}

    public Atom(int id, string name = null)
    {
        Id = id;
        Name = name;
    }

    // не забудьте перегрузки equals и gethashcode 
    // если будете делать hashset с атомами
}


И сделать симуляцию полным владельцем коллекции атомов. То есть внешний код никак
не сможет менять атомы или влиять как то ещё на них напрямую. 

public class Simulation
{
    private readonly HashSet _atoms = new HashSet();

    public void AddAtom(int id, string name = null)
    {
        _atoms.Add(new Atom(id, name));
    }

    // Наружу отдаем коллекцию только для чтения с атомами только для чтения
    public IReadOnlyCollection Atoms =>
            _atoms.Cast().ToList().AsReadOnly();
}


Этот вариант может пригодиться в том случае, если атомов будет настолько много, что
клонирование их займет много времени \ памяти.