[Design Pattern] 플라이웨이트(Flyweight) 패턴 - 디자인 패턴

Pattern #12  플라이웨이트 패턴

본질적인 것과 부가적인 것을 구분하려 할 때 사용

 패턴 요약 

  - 수많은 작은 객체를 생성하여야 할 때

  - 사용되는 많은 객체의 생성 관리하는 객체를 따로 두어 이를 통해 필요한 객체를 참조형태로 사용하도록

 

 동기

  

당신에게 새로 주어진 일은 ‘실시간 전략 시뮬레이션 게임’ 을 개발하는 일이다. 평소에 게이머로서 Starcraft 게임의 재미에 푹 빠져있던 당신은 개발자로써 다시 한번 그 게임에 대하여 놀라게 된다. "아니 어떻게 수 백 개 이상이 되는 많은 캐릭터들이 성능이 뒤떨어진 컴퓨터에서도 무리 없이 병렬적으로 동작을 하는가? 어떻게 설계되었을까?" 당신이 만드는 전략게임에는 ‘병사’, ‘전차’, ‘비행기’ 등이 동시에 수 천 개까지 표현될 수 있어야 한다. "어떻게 설계해야 될까?"

 객체 분석

   - sizeof(Character): 4kbyte; 이미지 포함

   - 1000개의 캐릭터에 필요한 메모리: 4 Mega

   - 각 객체가 가지는 정보들 중에서 Character 별로 공유될 수 있는 정보들이 있음

Character Share

 - 캐릭터 객체의 모든 정보를 공유할 순 없지만, 공유할 수 있는 정보를 외부 객체로 만들고 이를 공유

 - 화면에 나오는 1000개의 캐릭터에 필요한 객체들

  * 1000개의 Character subclass(Solider, Tank, Plane) 객체들

  * 3개의 CharacterShare subclass (SoliderShare, TankShare, PlaneShare) 객체들

  * 1000 * 12bytes + 3 * 4000bytes = 24000bytes 

공유를 위한 Class diagram

공유객체 관리 해결방안 1: 싱글톤 패턴 사용하기

 - 각 캐릭터 객체(aSolider, aTank, aPlane)는 자신에게 맞는 CharacterShare 객체(aSoliderShare, aTankShare, aPlaneShare)를 생성한다. 

 - 각 CharacterShare 객체는 싱글톤 객체로 구현한다.

class CharacterShare 
{
    ...
    CharacterShare *pInstance;
}
 
static CharacterShare *SoliderShare::createInstance() 
{
    if (pInstance == NULL) 
        pInstance = new SoliderShare();
    return pInstance;
}
 

 

 

공유객체 관리 해결방안 1: 팩토리 사용하기

 - CharacterShare subclass 객체를 생성하는 Factory class 작성 

 - 각 캐릭터 객체(aSolider, aTank, aPlane)는 자신에게 맞는 CharacterShare 객체 생성을 Factory에게 요청한다.

 - Factory는 각 CharacterShare subclass마다 단 하나의 객체만 생성되도록 보장

 

enum CharacterType { SOLIDER = 0, TANK, PLANE};
 
class ShareFactory
{
    CharacterShare *getShare(CharacterType ctype);
    ...
 
private:
    CharacterShare *shares[3];
};
 
CharacterShare *ShareFactory::getShare(CharacterType ctype) 
{
    if (shares[ctype] == NULL) 
        shares[ctype] = (ctype = 0) ? new SoliderShare :
                        (ctype = 1) ? new TankShare:
                        (ctype = 2) ? new PlaneShare;
    return shares[ctype];
}

 

의도

 - 수많은 작은 객체들을 효과적으로 설계하기 위해 객체를 공유하기

적용범위

 - 응용 프로그램이 많은 객체를 필요로 할 때

 - 많은 객체의 사용으로 저장 공간에 대한 부담이 클 때

 - Extrinsic state를 제외하면, 대부분의 객체들이 상대적으로 소수의 공유 객체로 대체될 수 있을 때

 - 으용 프로그램이 객체들을 서로 구분할 필요가 없을 때

예제.

ICoffee.java

 
package flyweight;
 
public interface ICoffee {
    public void serveCoffee(CoffeeContext context);
}
 
 

 

Coffee.java

 

 
package flyweight;
 
public class Coffee implements ICoffee {
 
    private final String flavor;
 
    public Coffee(String newFlavor) {
        this.flavor = newFlavor;
        System.out.println("Coffee is created! - " + flavor);
    }
 
    public String getFlavor() {
        return this.flavor;
    }
 
    public void serveCoffee(CoffeeContext context) {
        System.out.println("Serving " + flavor + " to table "
                + context.getTable());
    }
 
}
 

CoffeeContext.java

 
package flyweight;
 
public class CoffeeContext {
    private final int tableNumber;
 
    public CoffeeContext(int tableNumber) {
        this.tableNumber = tableNumber;
    }
 
    public int getTable() {
        return this.tableNumber;
    }
}
 

CoffeeFactory.java

 
package flyweight;
 
import java.util.HashMap;
 
public class CoffeeFactory {
    private HashMap<String, Coffee> flavors = new HashMap<String, Coffee>();
 
    public Coffee getCoffeeFlavor(String flavorName) {
        Coffee flavor = flavors.get(flavorName);
 
        if (flavor == null) {
            flavor = new Coffee(flavorName);
            flavors.put(flavorName, flavor);
        }
 
        return flavor;
    }
 
    public int getTotalCoffeeFlavorsMade() {
        return flavors.size();
    }
}
 

FlyweightMain.java

 
package flyweight;
 
public class FlyweightMain {
    private static Coffee[] coffees = new Coffee[20];
    private static CoffeeContext[] tables = new CoffeeContext[20];
    private static int ordersCount = 0;
    private static CoffeeFactory coffeeFactory;
 
    public static void takeOrder(String flavorIn, int table) {
        coffees[ordersCount] = coffeeFactory.getCoffeeFlavor(flavorIn);
        tables[ordersCount] = new CoffeeContext(table);
        ordersCount++;
    }
 
    public static void main(String args[]) {
        coffeeFactory = new CoffeeFactory();
 
        takeOrder("Cappuccino", 2);
        takeOrder("Cappuccino", 2);
        takeOrder("Regular Coffee", 1);
        takeOrder("Regular Coffee", 2);
        takeOrder("Regular Coffee", 3);
        takeOrder("Regular Coffee", 4);
        takeOrder("Cappuccino", 4);
        takeOrder("Cappuccino", 5);
        takeOrder("Regular Coffee", 3);
        takeOrder("Cappuccino", 3);
 
        for (int i = 0; i < ordersCount; i++) {
            coffees[i].serveCoffee(tables[i]);
        }
 
        System.out.println("\n Total Coffee objects made: "
                + coffeeFactory.getTotalCoffeeFlavorsMade());
    }
}