구조적(Structural) - 플라이웨이트(Flyweight) 패턴

플라이웨이트(Flyweight) 패턴은 구조적(Structural) 디자인 패턴의 하나로, 메모리 사용량을 줄이기 위해 객체의 공유를 활용하는 패턴입니다. 이 패턴은 많은 수의 객체가 동일하거나 유사한 속성을 가질 때, 중복 데이터를 줄여 메모리를 절약하는 데 유용합니다.

Flyweight 패턴의 핵심 개념

• 공유 가능한 상태(Intrinsic State): 객체 간에 공유할 수 있는 상태로, 객체가 공통적으로 가지는 속성입니다. 이러한 상태는 메모리 내에서 한 번만 저장됩니다.
• 비공유 상태(Extrinsic State): 객체별로 개별적인 상태로, 각 객체가 고유하게 가지는 속성입니다. 이 상태는 Flyweight 객체에서 분리하여 필요할 때마다 외부에서 제공됩니다.
• 사용 사례:
  • 그래픽 시스템: GUI에서 동일한 아이콘이나 글자 모양 등을 반복해서 사용할 때, 각 객체를 개별적으로 생성하지 않고 공유하여 메모리 사용을 줄입니다.
  • 게임 개발: 게임 캐릭터나 오브젝트들이 반복적으로 등장할 때, 중복되는 부분을 공유하여 성능을 개선합니다.
  • 문서 편집기: 문서의 글자나 스타일을 저장할 때 같은 글자는 공유하여 메모리를 절약합니다.

Flyweight 패턴의 Java 예시

1. Flyweight 인터페이스 정의

interface Shape {
    void draw(String color);
}

 

2. ConcreteFlyweight 클래스

class Circle implements Shape {
    private final String shapeType; // 공통 속성
    private int radius; // 개별 속성
    
    public Circle() {
        this.shapeType = "Circle";
        this.radius = 5; // 기본 반지름
    }
    
    @Override
    public void draw(String color) {
        System.out.println("Drawing a " + shapeType + " with color " + color + " and radius " + radius);
    }
}

 

 

3. FlyweightFactory 클래스

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class ShapeFactory {
    private static final Map<String, Shape> shapes = new HashMap<>();
    
    public static Shape getCircle() {
        Shape circle = shapes.get("circle");
        if (circle == null) {
            circle = new Circle();
            shapes.put("circle", circle);
            System.out.println("Creating new Circle object.");
        }
        return circle;
    }
}

 

 

4. Main 클래스 (실행 예시)

public class FlyweightPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Shape redCircle = ShapeFactory.getCircle();
        redCircle.draw("Red");
        
        Shape blueCircle = ShapeFactory.getCircle();
        blueCircle.draw("Blue");
        
        Shape greenCircle = ShapeFactory.getCircle();
        greenCircle.draw("Green");
    }
}

 

 

결과 출력

Creating new Circle object.
Drawing a Circle with color Red and radius 5
Drawing a Circle with color Blue and radius 5
Drawing a Circle with color Green and radius 5

 

 

코드 설명

1. Shape 인터페이스는 draw 메서드를 정의하여 각 도형이 색상을 그릴 수 있도록 합니다.
2. Circle 클래스는 Shape 인터페이스를 구현하며, shapeType과 같은 공통 속성을 가지고 있습니다.
3. ShapeFactory는 FlyweightFactory 역할을 하며, 객체 풀(pool)에서 Circle 객체를 재사용합니다. getCircle() 메서드는 Circle 객체를 처음 생성할 때만 만들어주고 이후에는 공유된 객체를 반환합니다.
4. FlyweightPatternDemo 클래스는 색상을 다르게 하여 동일한 Circle 객체를 재사용해 메모리 사용을 줄입니다.

Flyweight 패턴을 통해 객체가 공유됨으로써 메모리 절약 효과를 얻을 수 있으며, 객체 생성에 따른 비용을 줄일 수 있습니다. 대규모 객체가 필요할 때, 특히 속성이 반복되는 경우 이 패턴을 사용하면 시스템 성능이 개선됩니다.