플라이웨이트 flyweight 패턴 - 자바스크립트 예제

플라이웨이트 패턴 요약

플라이웨이트 (Flyweight) 패턴

플라이웨이트 패턴은 많은 수의 객체를 효율적으로 지원하기 위해 객체의 공유를 통해 메모리 사용량을 줄이는 디자인 패턴입니다. '플라이웨이트'는 권투의 경량급을 의미하며, 이름처럼 객체를 가볍게 만들어 메모리 부담을 최소화하는 데 목적이 있습니다.

이 패턴은 객체의 상태를 두 가지로 분리합니다.

• 내재적 상태 (Intrinsic State): 객체 내부에서 관리되며, 여러 컨텍스트에서 공유될 수 있는 불변(immutable)의 상태입니다. 플라이웨이트 객체 내에 저장됩니다. (예: 나무의 모델, 텍스처, 색상)
• 외재적 상태 (Extrinsic State): 각 객체마다 달라질 수 있으며, 클라이언트가 관리하고 필요할 때 플라이웨이트 객체에 전달하는 상태입니다. (예: 나무의 위치(x, y 좌표), 크기)

기본 구조

• Flyweight: 공유될 객체들의 인터페이스를 정의합니다.
• ConcreteFlyweight: Flyweight 인터페이스를 구현하고, 내재적 상태를 저장합니다. 이 객체는 공유되어 재사용됩니다.
• FlyweightFactory: 플라이웨이트 객체들을 생성하고 관리하는 팩토리입니다. 클라이언트가 요청한 플라이웨이트가 이미 존재하면 기존 객체를 반환하고, 없으면 새로 생성하여 풀(pool)에 저장합니다.
• Client: 외재적 상태를 관리하고, FlyweightFactory를 통해 플라이웨이트 객체를 받아 필요한 작업을 수행합니다.

예시: 게임에서 수많은 나무 렌더링하기

수천, 수만 그루의 나무로 숲을 표현해야 하는 게임을 만든다고 가정해 봅시다. 각 나무마다 모델, 텍스처 등 무거운 데이터를 가진 객체를 생성한다면 엄청난 메모리가 소모될 것입니다. 플라이웨이트 패턴을 사용하면 이 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.

먼저, 공유될 나무 모델(TreeModel)을 정의합니다.

// Flyweight: 공유될 나무 모델
class TreeModel {
  constructor(mesh, texture) {
    // 내재적 상태 (공유 가능, 불변)
    this.mesh = mesh; // 3D 모델 데이터
    this.texture = texture; // 표면 질감 데이터
    console.log(
      `[모델 로딩] ${this.mesh}와 ${this.texture}를 로드했습니다. (메모리 소모 큼)`
    );
  }

  // 외재적 상태를 받아 화면에 그리는 메서드
  draw(x, y, scale) {
    console.log(
      `(${x}, ${y}) 위치에 ${scale} 크기로 '${this.mesh}' 나무를 그립니다.`
    );
  }
}

이제 TreeModel 객체를 관리하는 TreeModelFactory를 만듭니다.

// FlyweightFactory: 나무 모델 팩토리
class TreeModelFactory {
  constructor() {
    this.models = {};
  }

  getModel(mesh, texture) {
    const key = `${mesh}-${texture}`;
    if (!this.models[key]) {
      this.models[key] = new TreeModel(mesh, texture);
    } else {
      console.log(`[팩토리] 기존 모델 재사용: ${key}`);
    }
    return this.models[key];
  }

  getModelCount() {
    return Object.keys(this.models).length;
  }
}

클라이언트(게임 엔진) 코드에서 팩토리를 통해 나무를 생성하고 화면에 그립니다.

// Client: 게임 엔진
class Forest {
  constructor() {
    this.trees = [];
    this.factory = new TreeModelFactory();
  }

  // 숲에 나무 심기
  plantTree(x, y, scale, mesh, texture) {
    const model = this.factory.getModel(mesh, texture);
    // 외재적 상태와 공유 모델을 함께 저장
    this.trees.push({ x, y, scale, model });
  }

  // 숲 전체를 그리기
  render() {
    this.trees.forEach(tree => {
      tree.model.draw(tree.x, tree.y, tree.scale);
    });
  }
}

// 실행
const forest = new Forest();

console.log("--- 숲 생성 시작 ---");
forest.plantTree(10, 20, 1.0, "소나무", "pine_texture.png");
forest.plantTree(50, 80, 1.2, "참나무", "oak_texture.png");
forest.plantTree(100, 30, 1.0, "소나무", "pine_texture.png");
forest.plantTree(200, 150, 1.1, "소나무", "pine_texture.png");
console.log("--- 숲 생성 완료 ---");

console.log("
--- 숲 렌더링 시작 ---");
forest.render();
console.log("--- 숲 렌더링 완료 ---");


console.log(`
총 생성된 나무 모델 객체 수: ${forest.factory.getModelCount()}`);

출력 결과:

--- 숲 생성 시작 ---
[모델 로딩] 소나무와 pine_texture.png를 로드했습니다. (메모리 소모 큼)
[모델 로딩] 참나무와 oak_texture.png를 로드했습니다. (메모리 소모 큼)
[팩토리] 기존 모델 재사용: 소나무-pine_texture.png
[팩토리] 기존 모델 재사용: 소나무-pine_texture.png
--- 숲 생성 완료 ---

--- 숲 렌더링 시작 ---
(10, 20) 위치에 1 크기로 '소나무' 나무를 그립니다.
(50, 80) 위치에 1.2 크기로 '참나무' 나무를 그립니다.
(100, 30) 위치에 1 크기로 '소나무' 나무를 그립니다.
(200, 150) 위치에 1.1 크기로 '소나무' 나무를 그립니다.
--- 숲 렌더링 완료 ---

총 생성된 나무 모델 객체 수: 2

숲에 4그루의 나무를 심었지만, 실제로 메모리를 많이 차지하는 TreeModel 객체는 '소나무'와 '참나무' 단 2개만 생성되었습니다. '소나무' 모델은 한 번 생성된 후 계속 재사용되었습니다. 각 나무의 고유한 정보(위치, 크기 등)는 외재적 상태로 클라이언트가 직접 관리합니다.

이처럼 플라이웨이트 패턴은 공유 가능한 상태(내재적 상태)를 가진 객체를 재사용하여 메모리 사용량을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

'가상 인스턴스'는 무슨 의미일까?

"여러 개의 가상 인스턴스를 제공해서 메모리를 절감한다"는 표현은 플라이웨이트 패턴의 핵심을 잘 나타내지만, '가상 인스턴스'라는 용어 때문에 헷갈릴 수 있습니다.

'고무 도장' 비유를 통해 쉽게 이해해 봅시다.

수천 페이지 분량의 문서에 '소나무' 그림을 계속 찍어야 한다고 상상해 보세요.

• 플라이웨이트 패턴 미적용: 나무 1,000그루를 찍으려면, 실제 '소나무' 도장 1,000개가 필요합니다. 도장을 보관할 엄청나게 큰 공간(메모리)이 필요합니다.
• 플라이웨이트 패턴 적용:
  1. '소나무' 모양의 고무 도장 딱 하나만 만듭니다. 이 도장이 바로 플라이웨이트 객체이며, '소나무'라는 본질적인 모양(내재적 상태)을 가집니다.
  2. 나무를 찍을 때마다 이 유일한 '소나무' 도장을 재사용합니다.
  3. 대신, 나무마다 달라지는 정보, 즉 어디에(x, y 좌표), 어떤 크기로 찍을지는 도장을 찍는 순간에 외부에서 알려줍니다. 이것이 바로 외재적 상태입니다.

여기서 '가상 인스턴스' 란, 우리 눈에 보이는 각각의 '소나무' 그림을 의미합니다. 실제 메모리에는 '소나무' 모양을 가진 객체(도장)는 단 하나만 존재하지만, [공유되는 실제 객체 1개] + [각기 다른 외부 상태(좌표, 크기)] 의 조합으로 마치 여러 개의 독립된 객체가 있는 것처럼 '보여주는' 것입니다.

게임 예제에서 TreeModel 객체는 단 2개('소나무', '참나무')만 생성되었지만, 화면에는 4그루의 나무, 즉 4개의 '가상 인스턴스'가 보이는 것과 같습니다.

플라이웨이트 패턴 중요 키워드

• 객체 공유와 가상 인스턴스 제공을 통해 메모리 사용량을 줄입니다.
• 객체의 상태를 내재적 상태(공유 가능) 와 외재적 상태(공유 불가) 로 분리합니다.
• 팩토리를 사용하여 공유 객체를 관리합니다.
• 게임, 문서 편집기 등 대량의 객체를 효율적으로 다뤄야 할 때 매우 유용합니다.

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