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Flyweight

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플라이웨이트 패턴이란?

개요

  1. 많은 수(예를 들면 10^5 정도의 큰 수)의 비슷한 객체를 생성할 때, 객체를 각각 새로 생성하지 않고 공유 객체를 사용하여 메모리를 절약하는 패턴이다. 한번 생성된 객체는 두번 생성되지 않으며, 풀(pool)이 이를 관리한다.
  2. 상태는 Intrinsic State와 Extrinsic State로 나뉜다.
  • Intrinsic : Immutable / Permanent인 상태 (외부에서 변화를 줄 수 없는 상태) which can be shared with others
  • Extrinsic : 외부에서 변화를 줄 수 있는 상태 which cannot be shared

왜 메모리를 절약해야 할까?

  • 적은 수의 객체 생성은 메모리 사용을 줄여준다. 따라서 java.lang.OutOfMemoryError등의 Exception을 사전에 방지할 수 있다.
  • 아무리 Java에서 객체가 빠르게 생성된다 하더라도, 공유 객체를 이용하면 성능을 더욱 최적화 할 수 있다.

방법

  1. 어떤 요소에 Intrinsic / Extrinsic 상태를 부여할 것인지 정한다.
  2. Flyweight 객체를 가져오거나 생성할 때 Intrinsic State(key)를 매개변수로 넘길 수 있도록 한다.
  3. Factory Method 패턴을 적용하여 Flyweight 객체를, 있으면 가져오거나 없으면 생성한다.

참여자

  1. Flyweight : 추상 클래스
  2. ConcreteFlyweight : Flyweight 추상클래스를 구현한 서브 클래스
  3. UnsharedConcreteFlyweight : 공유하는 Intrinsic State가 없는 예외 클래스 (필요할 때만 사용)
  • FlyweightFactory의 Pool에서 관리되는 Flyweight 객체가 아니므로, 항상 new로 생성해야 한다.
  1. FlyweightFactory : 이름처럼 Factory Method 패턴을 이용한 클래스. Flyweight 객체를 HashMap 풀에 담아 관리하고, 필요할 때 찾아주거나 없으면 생성한다.

예시

한 화면에서 같은 이미지 파일이지만, 크기만 다르게 여러 곳에 배치되는 경우가 있다. 동일한 리소스를 여러 번 생성하는 것은 자원 낭비일 것이다. Flyweight 패턴을 사용하면 한 번만 이미지를 생성하고, 이를 장소마다 재사용할 수 있게 된다.

먼저 State를 나눈다. 이미지 파일에서 바뀌지 않는 Intrinsic State는 파일명(fileName), 외부 환경에 따라 바뀌는 변수는 위치(position)와 이미지 크기(size)로 구분할 수 있다.

이미지 로딩에 Flyweight Pattern을 적용한 예시는 다음과 같다.

패턴 클래스 예시 클래스
Flyweight Base Image
ConcreteFlyweight Image
UnsharedConcreteFlyweight -
FlyweightFactory ImageFactory
Client HomeRenderer
  • Flyweight class
abstract class BaseImage {
    // Flyweight 추상 클래스의 Operation(in extinsicState) 메소드
    abstract fun display(x: Int, y: Int, width: Int, height: Int)
}
  • ConcreteFlyweight class
// intrinsic state
class Image(private val fileName: String): BaseImage() {

    // extrinsic state
    override fun display(x: Int, y: Int, width: Int, height: Int) {
        println("<img src=$fileName style=left:${x}px; top:${y}px; width:${width}px; height:${height}px/>\n")
    }
}
  • Flyweight Factory class
class ImageFactory {
    private val flyweights = hashMapOf<String, BaseImage>()

    fun getFlyweight(fileName: String): BaseImage {
        val flyweight: BaseImage?

        if(flyweights.contains(fileName)){
            flyweight = flyweights[fileName] as BaseImage
            println("캐시된 이미지를 반환합니다. $fileName")
        } else {
            flyweight = Image(fileName)
            flyweights[fileName] = flyweight
            println("새로운 이미지 객체를 생성합니다. $fileName")
        }

        return flyweight
    }
}
  • Client class
class HomeRenderer {
    fun render(){
        val factory = ImageFactory()
        var image = factory.getFlyweight("image.png")
        image.display(0, 0, 360, 640)

        image = factory.getFlyweight("image.png")
        image.display(30, 60, 720, 1280)

        image = factory.getFlyweight("image.png")
        image.display(70, 120, 1440, 2560)

        image = factory.getFlyweight("another_image.png")
        image.display(90, 180, 180, 320)
    }
}
  • 메인 메소드에서 실행한다.
fun main(){
    val renderer = HomeRenderer()
    renderer.render()
}
  • 결과
새로운 이미지 객체를 생성합니다. image.png
<img src=image.png style=left:0px; top:0px; width:360px; height:640px/>

캐시된 이미지를 반환합니다. image.png
<img src=image.png style=left:30px; top:60px; width:720px; height:1280px/>

캐시된 이미지를 반환합니다. image.png
<img src=image.png style=left:70px; top:120px; width:1440px; height:2560px/>

새로운 이미지 객체를 생성합니다. another_image.png
<img src=another_image.png style=left:90px; top:180px; width:180px; height:320px/>

참고