Songzi Vong
개발자를 꿈꾸는 대학생
Backend를 공부하고 있습니다.

플라이웨이트 패턴(Flyweight Pattern)

Flyweight Pattern

플라이웨이트 패턴은 여러 유사한 객체를 생성, 관리하는 비용을 절감하는 패턴이다. 이것은 각 객체에 모든 데이터를 유지하는 대신에 여러 객체들의 공통된 부분을 공유하여 RAM에 더 많은 객체를 포함 할 수 있도록 하는 것이다.

사용 이유

이와 같은 플라이웨이트 패턴을 사용하는 이유는 여러가지가 있는데 한 번 알아보도록 하겠다.

비용 절약

  • 생성되는 객체의 수가 많아 저장 비용이 높아질 때 사용한다.
  • 생성된 객체가 오랜시간동안 메모리에 상주하고, 자주 사용되는 경우 사용한다.
  • 공통적인 인스턴스를 많이 생성하는 로직이 존재하는 경우에 사용한다.

위와 같은 경우에 플라이웨이트 패턴을 사용함으로서 애플리케이션에서 사용하는 메모리를 절약할 수 있고, 메모리를 절약하기 때문에 프로그램 속도를 개선할 수 있다.

싱글톤 패턴과의 차이점

싱글톤 패턴과 플라이웨이트 패턴은 객체를 하나만 생성하고 활용하는 패턴이라는 공통점이 있다.

그러나 이러한 두 개의 패턴은 무엇이 다른것일까?

싱글톤 패턴은 클래스 자체가 오직 1개의 인스턴스만을 허용한다. 플라이웨이트 패턴은 클래스를 팩토리에서 제어한다.

그렇기 때문에 싱글톤패턴은 하나의 인스턴스를 생성하여 해당 변수를 변경해가며 사용하는 것이고, 플라이웨이트 패턴은 여러종류를 가지는 대신에 각각의 인스턴스가 하나씩만 있도록 하는 것이다.

이는 인스턴스 생성에 대한 제한을 어디에서 제어하는지에 대해서 차이가 있다고 말할 수 있다.

구현

구체적인 패턴 사용 방법이나 유형은 코드로 설명하도록 하겠다.

플라이웨이트 패턴을 사용하여 색을 입력받아 해당 색의 공을 만드는 코드를 작성해보았다.

Color 객체

public class Color {
    private String color;

    public Color(String color){
        this.color = color;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return color;
    }
}

공의 색을 결정해주는 객체이다.

해당 객체는 공유되는 객체로서 바뀌면 안되기 때문에 final로 선언해주었다.

Ball 객체

public class Ball {
    private Color color;
    private int diameter;

    public Ball(Color color, int diameter) {
        this.color = color;
        this.diameter = diameter;
    }

    public void setDiameter(int diameter) {
        this.diameter = diameter;
    }

    public void make(){
        System.out.println("지름이 " + diameter + " 인 " + color.toString() + "색 공을 만들었습니다.");
    }
}

가장 큰 범위의 객체로 Color객체를 변수로 가지고 있다.

간단한 코드이기 때문에 make()메서드를 통해서 생성된 공에 대한 정보를 출력만 해주고 있다.

Color객체를 제공하는 Factory

public class ColorFactory {
    public static final HashMap<String, Color> map = new HashMap<>();

    public static Color getColor(String ballColor){
        Color color = (Color)map.get(ballColor);

        if(color == null){
            color = new Color(ballColor);
            map.put(ballColor, color);
            System.out.println("새 Color 객체 생성");
        }
        return color;
    }
}

Color 객체를 제공하는 Factory로 static final로 HashMap<String, Color>을 선언해서 Color객체를 공유하며 관리할 수 있도록 해주고 있다.

getColor메서드를 통해서는 기존의 HashMap에 존재하는 데이터인지 아닌지를 판단하여 메모리를 절약하고 있는 것을 보여준다.

  1. 기존 Color가 존재하는 경우
    • 기존에 있는 Color를 찾아 반환해준다.
  2. Color가 기존에 존재하지 않는 경우
    • 새로운 Color 객체를 생성해주고 Map에 추가한뒤 반환해준다.

클라이언트 test

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ColorFactory colorFactory = new ColorFactory();
        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        System.out.println("원하는 색을 입력해주세요: ");
        while (true){
            String input = sc.nextLine();

            Color color = (Color) ColorFactory.getColor(input);
            Ball ball = new Ball(color, (int)(Math.random()*10));

            ball.make();
        }
    }
}
    /** 출력 결과
        * 원하는 색을 입력해주세요: 빨강
        * 새 Color 객체 생성
        * 지름이 3 인 빨강색 공을 만들었습니다.
        * ------------------------------------------
        * 원하는 색을 입력해주세요: 노랑
        * 새 Color 객체 생성
        * 지름이 5 인 노랑색 공을 만들었습니다.
        * ------------------------------------------
        * 원하는 색을 입력해주세요: 노랑
        * 지름이 1 인 노랑색 공을 만들었습니다.
        * ------------------------------------------
        * 원하는 색을 입력해주세요: 빨강
        * 지름이 8 인 빨강색 공을 만들었습니다.
        * ------------------------------------------
        **/

해당 코드는 플라이웨이트 패턴을 적용한 예시로 색을 입력받아 공을 생성해주는 것을 보여주고 있다.

getColor메서드를 통해서 입력받은 색의 데이터 존재여부를 판단한 후 존재하지 않으면 새롭게 Color객체를 생성하는 것을 출력문 새 Color 객체 생성를 통해서 알 수 있다.

기존에 존재하는 것들을 재사용하면서 메모리 절약을 이루고 있는 것을 볼 수 있다.

단점

  • 플라이웨이트 패턴을 사용하면 특정 인스턴스만 다르게 처리하는 것이 어려워질 것이다.
  • 플라이웨이트 메서드가 매우 많이 호출될 때, 해당되는 데이터의 일부를 다시 계산해야 되는 경우에는 RAM은 절약되지만 CPU주기는 생각하지 않는 것일수도 있다.

Java에서의 플라이웨이트 패턴 예시

Java의 String 클래스

String 클래스는 플라이웨이트 패턴을 사용하기 때문에 같은 문자열이 입력될 때 기존에 있는 것을 사용하기 때문에 여러가지 이점이 있다.

  • Java에서 String은 immutable하다.
  • JAVA Runtime시에 Heap영역을 절약할 수 있다.
  • 보안상 안전하다.

결론

플라이웨이트 패턴은 여러 객체들의 공통된 부분을 하나의 객체로 묶어 공유하며 비용을 절약하는 패턴이다.

싱글톤 패턴과 유사한 부분이 많은 패턴으로 이 두개를 상황에 맞게 선택하여 사용하면 될 것 같다.

내용적으로 어려운 부분은 크게 없고 기존 객체를 재사용한다라는 개념을 중요하게 생각하며 공부하면 잘 이해할 수 있을 것 같다.

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