디자인 패턴을 쉽게 풀어보자 - 플라이웨이트 패턴편

플라이웨이트(Flyweight) 패턴은 메모리 사용을 최적화하기 위해 동일하거나 유사한 객체를 공유하는 구조적 디자인 패턴입니다. 이 패턴은 객체를 반복적으로 생성해야 하는 상황에서 메모리 사용을 줄이고 성능을 향상시키는 데 유용합니다.

특히, 대규모 시스템에서 여러 개의 동일한 객체가 사용될 때 중복 객체를 방지하고, 공통된 상태를 공유함으로써 메모리 사용을 줄일 수 있습니다.

예를 들어, 텍스트 편집기에서 수천 개의 문자를 표시한다고 가정합니다. 각 문자를 별도의 객체로 생성하면 메모리 낭비가 발생합니다. 문자 자체는 동일한 속성을 가지므로 같은 문자에 대해 객체를 재사용할 수 있습니다.

class Character {

    private char symbol;
    private String font;

    public Character(char symbol, String font) {
        this.symbol = symbol;
        this.font = font;
    }

    public void display() {
        System.out.println("Symbol: " + symbol + ", Font: " + font);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        // 동일한 문자 'A'를 여러 번 생성
        Character char1 = new Character('A', "Arial");
        Character char2 = new Character('A', "Arial");

        char1.display();  // Symbol: A, Font: Arial
        char2.display();  // Symbol: A, Font: Arial
    }
}

문제점

• 중복 객체 생성: 동일한 문자에 대해 여러 개의 객체가 생성됩니다.
• 메모리 낭비: 동일한 정보가 반복적으로 저장되므로 메모리를 비효율적으로 사용합니다.

플라이웨이트 패턴은 동일한 객체를 재사용하도록 하여 중복 객체를 줄이고 메모리를 절약합니다. 공통된 상태(내부 상태)는 공유하고, 변경되는 상태(외부 상태)는 필요에 따라 개별적으로 처리합니다.

Flyweight 객체 정의

class Character {

    private final char symbol;  // 내부 상태 (공유되는 부분)

    public Character(char symbol) {
        this.symbol = symbol;
    }

    public void display(String font) {  // 외부 상태 (개별적으로 제공)
        System.out.println("Symbol: " + symbol + ", Font: " + font);
    }
}

Flyweight Factory 클래스 구현

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

class CharacterFactory {

    private Map<Character, Character> cache = new HashMap<>();

    public Character getCharacter(char symbol) {
        // 이미 존재하는 객체가 있으면 반환, 없으면 생성 후 저장
        if (!cache.containsKey(symbol)) {
            cache.put(symbol, new Character(symbol));
        }
        return cache.get(symbol);
    }
}

클라이언트 코드

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        CharacterFactory factory = new CharacterFactory();

        // 동일한 문자 'A'를 여러 번 요청하지만 같은 인스턴스를 재사용
        Character char1 = factory.getCharacter('A');
        Character char2 = factory.getCharacter('A');

        char1.display("Arial");  // Symbol: A, Font: Arial
        char2.display("Times New Roman");  // Symbol: A, Font: Times New Roman

        System.out.println(char1 == char2);  // true (같은 인스턴스 재사용)
    }
}

공통된 상태(내부 상태)는 Flyweight 객체가 공유하고, 변경되는 상태(외부 상태)는 메서드 호출 시 인자로 전달됩니다. Flyweight Factory는 이미 생성된 객체를 재사용하도록 관리합니다.

장점

• 메모리 사용 최적화: 동일한 객체를 재사용해 메모리 낭비를 방지합니다.
• 성능 향상: 객체 생성 비용을 줄이고, 메모리 사용량을 줄여 애플리케이션의 성능을 향상시킵니다.
• 유지보수성: 객체를 중앙에서 관리하므로 코드의 유지보수가 쉽습니다.

단점

• 복잡성 증가: 내부 상태와 외부 상태를 구분해야 하므로 코드가 복잡해질 수 있습니다.
• 성능 오버헤드: Flyweight Factory를 통해 객체를 조회하므로 조회 시간이 추가될 수 있습니다.
• 모든 객체에 적합하지 않음: 객체의 상태가 대부분 고유한 경우, 플라이웨이트 패턴의 장점을 누리기 어렵습니다.

플라이웨이트 패턴은 동일하거나 유사한 객체를 공유하여 메모리 사용을 최적화하는 데 매우 유용한 패턴입니다. 특히 대규모 애플리케이션에서 메모리 사용량이 중요한 경우에 효과적입니다. 그러나 내부 상태와 외부 상태를 구분하는 작업이 필요하며, 모든 상황에서 적합한 것은 아닙니다.

이 패턴은 텍스트 처리 시스템, 게임 개발, 데이터베이스 연결 풀 등 반복적인 객체가 많은 곳에서 주로 사용됩니다.