派生曲线计算与 UI 绘制分离（后台线程 + 双缓冲），彻底消除交互卡顿
根因：重计算发生在绘制线程内（Paint 同步算派生预览曲线），一次整段弱波增强约 368ms 会阻塞消息循环，滑块/光标/视界失去跟手。 方案：新增后台计算线程 + 双缓冲。大窗口预览曲线不在绘制线程计算，本帧用最新旧曲线顶替并排后台任务；小窗口仍同步以保证预览实时；后台算完通过自定义消息通知宿主重绘（双缓冲切换）。条目用 shared_ptr 共享、绘制线程钉住整帧有效，后台只追加不改写，无数据竞争。任何改变数据层结构的操作前先 PauseDerivedAsync（join 后台线程），杜绝读取已释放/已移动采样。 实测 VERY_BIG_DATA（5 网格）：弱波增强平移 2247ms→15ms，拖滑块 2303ms→15ms，静止重绘→0.25ms，交互均 ≤约 30ms，无 300ms/2s 级尖峰。小窗口同步路径与旧实现逐像素 0 差异。
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@@ -5,8 +5,13 @@
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#include <objidl.h>
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#include <gdiplus.h>
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#include <atomic>
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#include <condition_variable>
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#include <deque>
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#include <memory>
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#include <mutex>
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#include <string>
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#include <thread>
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#include <vector>
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#include "DataModel.hpp"
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@@ -16,6 +21,14 @@
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namespace jdi
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{
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/**
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* @brief 后台派生曲线计算完成后由 `PlotView` 投递给宿主的自定义消息。
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*
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* 宿主收到后重绘绘图区即可：绘制线程会在下一帧取到刚算好的曲线（双缓冲切换），
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* 同时静态场景缓存会被作废以纳入新曲线。`WM_APP + 3` 与宿主其它自定义消息错开。
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*/
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constexpr UINT kMessagePlotDerivedReady = WM_APP + 3;
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/**
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* @brief 绘图区拖拽交互模式。
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*/
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@@ -360,6 +373,16 @@ namespace jdi
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*/
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void InvalidateDerivedCaches();
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/**
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* @brief 暂停后台派生曲线计算并作废其结果。
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*
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* 后台线程会读取采样数据，因此**任何会改变数据层结构（增删文件/信号、插入派生信号，
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* 进而移动 `DataFile`/`SignalData` 存储）的操作之前**都必须先调用本函数：它会等待正在
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||||
* 进行的计算结束、清空待算队列与缓存，从而杜绝后台线程读取已释放内存。
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* 之后的绘制会按需重新启动后台线程（惰性）。
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*/
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void PauseDerivedAsync();
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/**
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* @brief 三态循环切换时间光标：无 → 单光标 → 双光标 → 无。
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* @return 状态发生变化返回 true。
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@@ -1264,17 +1287,133 @@ namespace jdi
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* @param [IN] begin 需要的采样区间起点（含）。
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* @param [IN] end 需要的采样区间终点（不含）。
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* @param [OUT] spanBegin 返回数组对应的首个采样下标。
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* @param [IN] allowInteractiveDefer 交互期间是否允许「延迟重算」：窗口过大时复用已算好的
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* 旧曲线，避免在拖动滑块/移动视界时同步重算整条曲线（见
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* `kDerivedInteractiveComputeBudget`）。仅供**预览绘制**传 true；
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* 需要精确取值的统计（中心轴边沿计数）必须传 false。
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* @return 曲线数组指针（覆盖 `[spanBegin, spanBegin + size())`）；无法计算时返回 nullptr。
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* @param [IN] allowAsyncCompute 是否允许「后台异步计算」：窗口很大时**不在绘制线程里计算**，
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* 而是交后台线程算，本帧先用已算好的旧曲线顶替（双缓冲），保证交互始终跟手。
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* 仅供**预览绘制**传 true；需要精确取值的统计（中心轴边沿计数、取值胶囊）
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* 传 false，走同步精确计算。
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* @return 曲线数组指针（覆盖 `[spanBegin, spanBegin + size())`）；暂无可显示曲线时返回 nullptr。
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*/
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const std::vector<float>* CurveSpanFor(DerivedCurveKind kind, const SignalData& signal,
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int points, int iterations, int levelPercent,
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std::size_t begin, std::size_t end,
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std::size_t& spanBegin,
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bool allowInteractiveDefer = false) const;
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bool allowAsyncCompute = false) const;
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/**
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* @brief 派生曲线缓存的键（决定一条派生曲线数值的全部输入）。
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*
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* 数据层在两次结构变化之间是只读的，因此 `signal` 指针在此期间稳定；
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* 任何结构变化（增删文件/信号、插入派生信号、切换标签页）前都会暂停后台线程并清空缓存
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*（见 `PauseDerivedAsync`），因此不会出现悬空读取。
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*/
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struct CurveKey
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{
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const SignalData* signal = nullptr; /**< 目标信号。 */
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int kind = 0; /**< `DerivedCurveKind`。 */
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int points = 5; /**< 均值点数 X。 */
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int iterations = 1; /**< 迭代次数 N。 */
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||||
int levelPercent = 0; /**< 弱波增强等级（0–100）。 */
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||||
bool operator==(const CurveKey& other) const
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{
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return signal == other.signal && kind == other.kind && points == other.points &&
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iterations == other.iterations && levelPercent == other.levelPercent;
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}
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};
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/**
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* @brief 一条已算好的派生曲线窗口（发布后**不可变**）。
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*
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* 用 `shared_ptr<const CurveEntry>` 持有：绘制线程取到后钉在 `m_curvePins` 中，整帧都引用
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||||
* 同一块内存；后台线程只**追加**新条目、从不修改已发布条目，因此「显示旧缓冲、后台算新缓冲」
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||||
* 的双缓冲模型天然无数据竞争。
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*/
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struct CurveEntry
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{
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CurveKey key; /**< 曲线键。 */
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||||
std::size_t begin = 0; /**< 已计算窗口起点（采样下标）。 */
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||||
std::size_t end = 0; /**< 已计算窗口终点（不含）。 */
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||||
std::uint64_t serial = 0; /**< 发布序号（越大越新，用于选出最新覆盖项）。 */
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||||
std::vector<float> values; /**< 曲线数值（长度 = end - begin）。 */
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};
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using CurveEntryPtr = std::shared_ptr<const CurveEntry>;
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/** @brief 后台派生曲线计算任务（`windowBegin/End` 已含保护带）。 */
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struct CurveJob
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{
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CurveKey key; /**< 曲线键。 */
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||||
std::size_t windowBegin = 0; /**< 计算窗口起点（含保护带）。 */
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||||
std::size_t windowEnd = 0; /**< 计算窗口终点（不含）。 */
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||||
std::uint64_t generation = 0; /**< 入队时的数据代次（代次变化即丢弃结果）。 */
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||||
};
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/**
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||||
* @brief 计算派生曲线「含保护带」的实际计算窗口（同步与后台共用同一公式）。
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* @param [IN] kind 曲线种类（均值滤波的保护带需覆盖滤波半径）。
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* @param [IN] alignedBegin 对齐后的需要区间起点。
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||||
* @param [IN] alignedEnd 对齐后的需要区间终点（不含）。
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||||
* @param [IN] points 均值点数 X。
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||||
* @param [IN] iterations 迭代次数 N。
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||||
* @param [IN] count 采样点总数。
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* @param [OUT] begin 计算窗口起点。
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||||
* @param [OUT] end 计算窗口终点（不含）。
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*/
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void DerivedGuardWindow(DerivedCurveKind kind, std::size_t alignedBegin, std::size_t alignedEnd,
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int points, int iterations, std::size_t count, std::size_t& begin,
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std::size_t& end) const;
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/**
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||||
* @brief 取得覆盖 `[begin, end]` 的最新已算好条目并钉住（防止本帧被回收）。
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* @param [IN] key 曲线键。
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* @param [IN] begin 需要区间起点。
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||||
* @param [IN] end 需要区间终点（不含）。
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||||
* @param [OUT] spanBegin 命中条目的窗口起点。
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* @return 命中条目，未命中返回 nullptr。
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*/
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const CurveEntry* AcquireCoveringCurve(const CurveKey& key, std::size_t begin, std::size_t end,
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std::size_t& spanBegin) const;
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/**
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* @brief 取得该曲线键下最新的已算好条目并钉住（双缓冲的「旧缓冲」）。
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* @param [IN] key 曲线键。
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* @param [OUT] spanBegin 命中条目的窗口起点。
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||||
* @return 命中条目，无则返回 nullptr。
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*/
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const CurveEntry* AcquireNewestCurve(const CurveKey& key, std::size_t& spanBegin) const;
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/**
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* @brief 发布一条新算好的曲线窗口并钉住。
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* @param [IN] key 曲线键。
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* @param [IN] begin 窗口起点。
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* @param [IN] end 窗口终点（不含）。
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* @param [IN] values 曲线数值（移动入条目）。
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* @param [OUT] spanBegin 发布条目的窗口起点。
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* @return 发布条目的只读指针。
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*/
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const CurveEntry* PublishCurve(const CurveKey& key, std::size_t begin, std::size_t end,
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std::vector<float>&& values, std::size_t& spanBegin) const;
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/**
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||||
* @brief 把一个派生曲线计算任务排入后台队列（同一曲线键只保留一个在算任务）。
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* @param [IN] key 曲线键。
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* @param [IN] alignedBegin 对齐后的需要区间起点。
|
||||
* @param [IN] alignedEnd 对齐后的需要区间终点（不含）。
|
||||
* @param [IN] count 采样点总数。
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||||
*/
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void ScheduleCurveJob(const CurveKey& key, std::size_t alignedBegin, std::size_t alignedEnd,
|
||||
std::size_t count) const;
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/** @brief 惰性启动后台计算线程。 */
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void EnsureCurveWorker() const;
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/** @brief 停止并回收后台计算线程（等待在算任务结束）。 */
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void StopCurveWorker() const;
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/** @brief 后台计算线程主体。 */
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void CurveWorkerLoop() const;
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/** @brief 清理已被更新条目覆盖或超出内存预算的缓存条目（调用方须持有 `m_curveMutex`）。 */
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void PruneCurveEntriesLocked() const;
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/**
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* @brief 计算当前视图对应的采样下标区间（时间单调时二分定位，否则为整段）。
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@@ -1600,36 +1739,21 @@ namespace jdi
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};
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mutable std::deque<WeakBoostCurveEntry> m_weakBoostCurveCache;
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/**
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* @brief 派生曲线的「区间窗口」缓存项。
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*
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* `values[i]` 对应采样下标 `begin + i`；`begin/end` 是**实际计算**的区间
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* （已向外扩了保护带），命中条件是「参数一致且窗口包含所需区间」。
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*/
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struct CurveSpanEntry
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{
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const SignalData* signal = nullptr; /**< 目标信号。 */
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||||
int kind = 0; /**< `DerivedCurveKind`。 */
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||||
int points = 5; /**< 均值点数 X。 */
|
||||
int iterations = 1; /**< 迭代次数 N。 */
|
||||
int levelPercent = 0; /**< 弱波增强等级（0–100）。 */
|
||||
std::size_t begin = 0; /**< 已计算区间的起点（采样下标）。 */
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||||
std::size_t end = 0; /**< 已计算区间的终点（不含）。 */
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||||
std::vector<float> values; /**< 曲线数值。 */
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};
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||||
mutable std::deque<CurveSpanEntry> m_curveSpanCache; /**< 区间窗口缓存（deque 保证引用稳定）。 */
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/**
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* @brief 「超大窗口」派生曲线的一次性缓冲。
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*
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* 中心轴边沿计数在**没有限定光标区间**时要统计整条信号，对应窗口与信号等长
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*（亿级采样 ≈ 100MB/信号）。这类窗口绝不进 `m_curveSpanCache`：
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* 一旦被淘汰，下一帧就会重算整条曲线（实测单次 ≈ 1s 的卡顿尖峰），
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* 而且几个信号同时驻留会吃掉数百 MB。
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* 改为写入本缓冲：调用方（`EdgeCenterCountsFor`）在其返回后立即用完，
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* 因此生命周期安全。⚠️ 指针仅在下一次「超大窗口」请求之前有效。
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*/
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mutable std::vector<float> m_curveSpanScratch;
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// ---- 异步派生曲线计算（后台线程 + 双缓冲）----
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// 设计：预览曲线（均值滤波 / 弱波增强）在窗口很大时**不在绘制线程里计算**，而是交给后台
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// 线程；绘制线程本帧先用上一条已算好的曲线顶替（双缓冲），后台算完后通过
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// `kMessagePlotDerivedReady` 通知宿主重绘，从而切换为最新曲线。这样滑块 / 光标 / 视界 /
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// 缩放等交互的反馈始终跟手，不会被计算拖住，同时把重计算放到后台充分利用多核。
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mutable std::mutex m_curveMutex; /**< 保护任务队列与已算好条目。 */
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mutable std::condition_variable m_curveCv; /**< 唤醒后台线程。 */
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mutable std::thread m_curveWorker; /**< 后台计算线程（惰性启动）。 */
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mutable bool m_curveWorkerStop = false; /**< 请求后台线程退出。 */
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mutable std::uint64_t m_curveGeneration = 0; /**< 数据代次（结构变化时自增）。 */
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mutable std::uint64_t m_curveSerial = 0; /**< 已发布条目序号。 */
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||||
mutable std::deque<CurveJob> m_curveJobs; /**< 待计算任务。 */
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||||
mutable std::deque<CurveEntryPtr> m_curveEntries; /**< 已算好条目（双缓冲的「就绪缓冲」）。 */
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||||
mutable std::vector<CurveEntryPtr> m_curvePins; /**< 本帧正在使用的条目（阻止其被回收）。 */
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||||
mutable std::atomic<bool> m_curveSceneDirty{false}; /**< 后台发布了新条目 → 需重建静态场景缓存。 */
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/** 中心轴边沿统计缓存项（增量统计机制与 `EdgeCountEntry` 完全一致）。 */
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struct EdgeCenterCountEntry
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