플라이웨이트 패턴 (Flyweight Pattern): 메모리 절약을 위한 객체 재사용 설계

1. 플라이웨이트 패턴이란?

플라이웨이트 패턴은 많은 객체를 생성해야 할 때 메모리를 절약하기 위해 공유할 수 있는 객체를 재사용하는 디자인 패턴입니다. 동일한 데이터는 공유하고, 개별 객체는 고유한 상태만 유지하도록 설계합니다. 주로 게임, 그래픽 애플리케이션 등에서 효율적인 리소스 관리에 사용됩니다.

출처: 위키

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2. 플라이웨이트 패턴의 구성 요소

1. Flyweight (공유 객체): 공유 가능한 객체를 정의합니다.
2. Intrinsic State (내재 상태): 공유 객체가 공통적으로 가지는 불변 상태입니다.
3. Extrinsic State (외재 상태): 객체별로 고유한 가변 상태이며, 외부에서 제공됩니다.
4. Flyweight Factory (팩토리): Flyweight 객체를 관리하며, 중복 생성 방지를 위해 기존 객체를 반환하거나 새로 생성합니다.

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3. 플라이웨이트 패턴 예제 (C#)

캐릭터 글자 렌더링 최적화 예제

플라이웨이트 패턴은 텍스트 렌더링에서 자주 사용됩니다. 같은 글자를 여러 번 렌더링할 때, 동일한 글자 객체를 재사용해 메모리를 절약합니다.

using System;
using System.Collections.Generic;

// Flyweight (공유 객체)
public class Character
{
    public char Symbol { get; private set; }  // Intrinsic State
    public string Font { get; private set; }  // Intrinsic State

    public Character(char symbol, string font)
    {
        Symbol = symbol;
        Font = font;
    }

    public void Display(int positionX, int positionY) // Extrinsic State
    {
        Console.WriteLine($"Character: {Symbol}, Font: {Font}, Position: ({positionX}, {positionY})");
    }
}

// Flyweight Factory
public class CharacterFactory
{
    private readonly Dictionary<string, Character> _characters = new();

    public Character GetCharacter(char symbol, string font)
    {
        string key = $"{symbol}_{font}";
        if (!_characters.ContainsKey(key))
        {
            _characters[key] = new Character(symbol, font);
        }
        return _characters[key];
    }
}

// Client Code
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        CharacterFactory factory = new CharacterFactory();

        // Reusing 'A' with the same font
        var charA1 = factory.GetCharacter('A', "Arial");
        var charA2 = factory.GetCharacter('A', "Arial");

        charA1.Display(10, 20);
        charA2.Display(30, 40);

        Console.WriteLine(Object.ReferenceEquals(charA1, charA2)); // True
    }
}

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4. 플라이웨이트 패턴의 사용 시 주의점 ✅

1. 상태 구분: 내재 상태와 외재 상태를 명확히 분리해야 합니다. 잘못된 설계는 객체의 불변성을 깨뜨릴 수 있습니다.
2. 팩토리 관리: Flyweight Factory에서 객체의 생명 주기를 잘 관리해야 메모리 누수를 방지할 수 있습니다.
3. 적합한 상황: 객체 생성 비용이 크고, 동일한 상태의 객체가 반복될 때 효과적입니다. 객체가 항상 고유 상태를 가진다면 이 패턴은 적합하지 않을 수 있습니다.

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5. 결론

플라이웨이트 패턴은 메모리 사용을 최적화하고 객체 생성 비용을 줄이는 강력한 도구입니다. 특히 대규모 애플리케이션에서 성능 병목을 해결하는 데 유용합니다. 하지만 상태 관리와 사용 환경에 주의해야 제대로 된 효과를 볼 수 있습니다. 😊

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6. 관련 링크

• 플라이웨이트 패턴 위키백과