플라이웨이트 패턴

이정석·2023년 6월 20일

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플라이웨이트 패턴이란?

공유될 수 있는것과 공유될 수 없는 것을 구분지어 공유될 수 있는 자원을 가지는 객체를 하나만 생성해 전체 프로그램의 메모리 사용량을 줄일 수 있는 패턴

문제상황

1. 총게임의 총알을 나타내는 Bullet클래스가 있다

class Bullet {
    private String type;
    private int damage;
    private String position;

    public Bullet(String type, int damage, String position) {
        this.type = type;
        this.damage = damage;
        this.position = position;
    }
}

2. 게임중 거의 동시에 1000발의 총알을 쏜다고 할 때 1000개의 총알을 생성해야 한다

public class Game {
    public static void main(String[] args) {
        Bullet[] bullets = new Bullet[1000];
        for (int i = 0; i < bullets.length; i++) {
            bullets[i] = new Bullet("Standard Bullet", 50, "Position " + i);
        }
    }
}

위 상황에서 총알은 type, damage, position이라는 변수를 가지고 있지만 실제 이미지를 나타내는 image 데이터는 용량이 다른 변수에 비해 용량이 클 것이다. 이런 총알을 1000개가 존재한다면 이미지가 100KB라고 해도 100,000KB=약 100MB이고 더 많아진다면 메모리를 많이 잡아먹을 것이다.

총알의 개별속성인 position을 제외하고 공통부분으로 묶을 수는 없을까?

구조

Flyweight: Flyweight 클래스가 구현해야 할 인터페이스를 정의한 클래스로 플라이웨이트의 메소드에 해당 객체가 사용할 외부상태를 매개변수로 넘겨주어야 한다.
ConcreteFlyweight: 공유가능한 내부 상태를 가지는 Flyweight 클래스이다. Flyweight 클래스를 상속받아 연산을 구현해야 한다.
UnsharedConcreteFlyweight: 공유되지 않는(위 상황에서 position) 내부 상태를 가지는 Flyweight 클래스로 UnsharedConcreteFlyweight의 인스턴스를 공유되지 않는다.
FlyweightFactory: 플라이웨이트의 가장 중요한 점중 하나는 ConcreteFlyweight 인스턴스의 수를 하나만 유지하는 것이다. 싱글톤 패턴을 사용할 수 있지만 클라이언트는 어떤 ConcreteFlyweight를 생성할지 모르기 때문에 팩토리를 만들어 생성하는 책임을 위임하도록 한다.

코드(JAVA)

1. Bullet

class Bullet {
    private String type;
    private int damage;

    public Bullet(String type, int damage) {
        this.type = type;
        this.damage = damage;
    }
}

플라이웨이트 패턴의 ConcreteFlyweight에 해당하는 부분으로 총알의 공통 속성인 type과 damage를 가지고 있다.

2. BulletContext

class BulletContext {
    private Bullet bullet;
    private String position;

    public BulletContext(Bullet bullet, String position) {
        this.bullet = bullet;
        this.position = position;
    }
}

플라이웨이트 패턴의 UnsharedConcreteFlyweight에 해당하는 부분으로 날아가는 총알의 공유할 수 없는 속성인 position을 가지고 있고 공통 속성을 저장한 Bullet 클래스를 가지고 있다.

3. BulletFactory

class BulletFactory {
    private Map<String, Bullet> bulletPool = new HashMap<>();

    public Bullet getBullet(String type, int damage) {
        String key = type + damage;
        if (!bulletPool.containsKey(key)) {
            bulletPool.put(key, new Bullet(type, damage));
        }
        return bulletPool.get(key);
    }
}

ConcreteFlyweight를 생성하는 팩토리 클래스로 Bullet 인스턴스를 하나만 생성하도록 조절한다. 위 클래스는 HashMap을 사용하는 방식이며 List를 사용하는 방법도 사용가능 하지만 Index에 해당하는 값을 넘겨주어야 한다.

4. Game

public class Game {
    public static void main(String[] args) {
        BulletFactory factory = new BulletFactory();
        BulletContext[] bulletContexts = new BulletContext[1000];
        for (int i = 0; i < bulletContexts.length; i++) {
            Bullet bullet = factory.getBullet("Standard Bullet", 50);
            bulletContexts[i] = new BulletContext(bullet, "Position " + i);
        }
    }
}

문제상황과 같이 1000개의 총알을 생성하지만 필요한 메모리는 크게 줄을 것이다. 이미지파일의 크기를 100KB라고 한다면 패턴을 적용하면 1000개의 총알에 대한 이미지파일의 용량은 하나의 인스턴스만 생성되기 때문에 100KB가 된다.