Коротко — предлагаю реализацию «наблюдателя» для GUI, ориентированную на безопасность по памяти, высокую производительность при большом количестве подписчиков и корректную работу с UI-потоком. Далее — реализация-образец + перечисление проблем и способов их решения.
Рекомендуемая структура реализации (концептуально)
- Subject (или EventBus / Signal) предоставляет методы `subscribe(listener) -> Subscription` и `unsubscribe(token)`.
- Подписчик хранится в списке подписчиков; при событии Subject перебирает список и вызывает колбэки.
- Возвращаемый Subscription обязателен для явного отписывания; дополнительно поддерживается weak‑подписка и lifecycle‑привязка (см. ниже).
Практические детали реализации
- Хранение подписчиков:
- Для сценария «много уведомлений, редкие (un)subscribe» — используйте CopyOnWriteArrayList или immutable-list + AtomicReference (чтения fast, модификации создают новый снимок).
- Если частые (un)subscribe — используйте ConcurrentLinkedQueue + snapshot при уведомлении.
- Слабые ссылки / lifecycle:
- Поддерживайте два варианта: strong- и weak- подписки. WeakRefs предотвращают утечки, но требуют уборки через ReferenceQueue.
- Предпочтительна lifecycle-aware подписка: компонент регистрирует слушатель с владельцем lifecycle (например, window/component), фреймворк автоматически отписывает при уничтожении.
- Потокобезопасность и UI-поток:
- Гарантируйте доставку колбэков в UI-поток; если событие генерируется в фон-потоке — маршаллируйте через event loop (invokeLater/Dispatcher).
- Не вызывать тяжёлые операции в колбэке на UI-потоке — либо документировать, либо выполнять обработку асинхронно.
- Снимок (snapshot) при уведомлении:
- Чтобы добавление/удаление слушателей во время уведомления не ломало итерацию, возьмите снимок списка (копию) и итерируйте его.
- Ошибки в колбэках:
- Оборачивайте вызовы в try/catch; падение одного слушателя не должно мешать остальным.
- Ограничение влияния медленных слушателей:
- Выполняйте колбэки с таймаутами или в отдельных задачах/пуле рабочих потоков, либо помечайте медленных слушателей и логируйте.
- Порядок уведомлений и приоритеты:
- Если важен порядок — поддерживайте приоритетную очередь подписчиков или explicit ordering; иначе не полагайтесь на порядок.
Проблемы при большом количестве наблюдателей и способы решения
1) Производительность (время уведомления O(n))
- Решения:
- CoW/immutable-list для быстрых чтений.
- Кэширование/фильтрация: каждый слушатель регистрирует интересующие типы событий; отправлять только подходящим.
- Технически: sharding по topic/channel вместо единого Subject.
- Пакетирование/коалесценция: объединять множество одинаковых событий в одно (например, repaint/dirtied → requestRepaint).
- Асинхронная доставка / параллелизация: notify в потоках, но гарантий порядка/UI-потока нужно специально обеспечивать.
2) Блокировка UI из‑за медленных/ошибочных слушателей
- Решения:
- Гарантировать вызовы в UI-потоке, но внутренний heavy work — в background.
- Либо выполнять каждый колбэк в отдельной задаче с таймаутом.
3) Утечки памяти (наблюдатели не отписываются)
- Решения:
- Weak references для слушателей или strong refs + обязательный unsubscribe.
- Lifecycle-bound подписки (автоотписка при уничтожении компонента).
- Возвращать Subscription/Token и поощрять использование try-with-resources-подобных паттернов.
4) Конкуренция/состояния гонки при многопоточности
- Решения:
- Использовать потокобезопасные структуры (CopyOnWriteArrayList, AtomicReference snapshot).
- Маршаллинг на UI-поток при необходимости.
5) Избыточные/дублирующие события (event storm)
- Решения:
- Дедупликация/коалесценция: хранить последний event type и отбрасывать повторяющиеся до следующей отрисовки.
- Debounce/throttle — особенно для событий типа «изменилось положение мыши», «ресайз».
6) Рекурсивные уведомления / reentrancy
- Решения:
- Использовать snapshot для текущей итерации; деферы или queue для событий, которые появляются во время обработки.
7) Тестируемость/отладка
- Решения:
- Метрики для времени уведомлений, счётчики подписчиков, логирование ошибок и время выполнения отдельных слушателей.
Пример «рецепта» для GUI‑фреймворка (рекомендуемая комбинация)
- Каждый компонент подписывается lifecycle-aware (автоотписка при destroy).
- Subject хранит подписчиков в CopyOnWriteArrayList (быстрые уведомления), плюс позволяет weak-подписки.
- События классифицируются по topic; отправка идёт только по нужному topic.
- На уровне фреймворка: события агрегируются/коалесцируются per-frame (одно событие пер перерисовку), heavy‑handlers запускаются в background, вызовы в UI-потоке минимальны.
- Предусмотреть Subscription token и явную отписку + debug-сборщик «висящих» подписок.
Краткий вывод
- Главное — оптимизировать хранение и доставку: fast reads (CopyOnWrite/immutable snapshot), фильтрация по topic, lifecycle/weak подписки для предотвращения утечек, коалесценция и маршаллинг в UI-поток для избежания блокировок. Для очень больших масштабов — перейти на событийную шину (event broker) с шардированием/приоритетами и backpressure.