[Design Pattern] Flyweight Pattern - 플라이웨이트 패턴

Flyweight Pattern

플라이웨이트 패턴(Flyweight Pattern)은 메모리 사용을 줄이기 위해 많은 수의 작은 객체를 공유하는 디자인 패턴입니다.

 

• 이 패턴은 객체의 상태를 내적 상태와 외적 상태로 나누어, 내적 상태를 공유하여 메모리 사용을 최적화합니다.

Flyweight Pattern → 동일한 것을 공유해서 낭비를 없앤다는 특징이 있습니다.

• Flyweight는 플라이급 이라는 의미로, 권투에서 가장 체중이 가버운 체급을 의미합니다.
• Design Pattern에서는 Object를 가볍게 하기 위한 것의 의미에서 사용됩니다.
• Object는 컴퓨터 내부에서 가상적으로 존재하는 것이기 때문에 무겁다 또는 가볍다고 표현은 실제 무게가 아닌, “메모리의 사용량”을 의미하는 것입니다.
• 객체를 만들 때 그 객체를 저장하기 위해서 메모리가 확보되는데, 객체를 많이 만든다고 생각해보면 그 객체가 차지하고 있는 단위 메모리가 작을 수록 가벼워 집니다.

“Instance를 가능한 대로 공유시켜서 쓸데없는 메모리를 할당하지 않도록 한다”

• 이미 만들어져 있는 instance를 이용할 수 있으면 그것을 공유해서 사용합니다.

 

• Dog는 name, age, gender, breed, DNA 속성이 있습니다.
• Choco, Baduk 두 마리 강아지 Object를 생성합니다.
• Dog class의 repr 함수를 이용하여 Choco, Baduk 정보를 출력합니다.

 

강아지 Object가 어느정도 메모리가 필요한지 계산합니다.

• 여기서 강아지들간의 공통적 속성을 공유하게 되면 memory consumption을 획기적으로 줄일 수 있습니다.
• Flyweight Pattern이란 다수의 Object를 사용할 때 메모리 사용량을 감소시킵니다.

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모든 강아지의 DNA가 같은 경우

class Dog:
    DNAseq = "ATAGGCCTTACCGATGG...."

    def __init__(self, name, age, gender, breed):
        self.name = name       # <20bytes, upto 20 chars
        self.age = age         # 8 bytes, 64bit integer
        self.gender = gender   # 1 byte
        self.breed = breed     # 2 bytes, upto 65k breeds

    def __repr__(self):
        return f'{self.name},{self.age},{Dog.DNAseq}'

• DNA 정보를 모든 강아지들이 공유한다면 여러 강아지를 만들어도 DNA 정보를 공유하고 있기 때문에 메모리 사용량을 줄일 수 있습니다.
• Dog class attribute로 DNA를 넣습니다.
• 강아지 constructor는 DNA를 제외한 다른 property를 생성합니다.

 

# Dog 객체 생성
choco = Dog('choco', 2, 'male', 'shihTzu')
baduk = Dog('baduk', 3, 'female', 'jinDo')

# 출력
print(choco)  # 출력: choco,2,ATAGGCCTTACCGATGG....
print(baduk)  # 출력: baduk,3,ATAGGCCTTACCGATGG....

• 이번에도 choco와 baduk 오브젝트를 생성합니다.
• 결과는 이전과 동일하지만 DNA를 class attribute로 사용하였기 때문에 메모리 사용량이 감소합니다.
• 여기서는 DNA를 flyweight라고 볼 수 있습니다.

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강아지 종마다 DNA 다른 경우

새로운 강아지 Object를 만들더라도 시츄나 진돗개라면 이미 존재하는 DNA 정보를 가리킴으로써 메모리 사용량을 줄일 수 있습니다.

class DogBreedDNA:
    def __init__(self, breed, DNA):
        self.breed = breed
        self.DNA = DNA

    def __repr__(self):
        return f'{self.DNA}'

• DogBreedDNA 클래스는 강아지 종과 DNA 정보를 저장하는 역할을 합니다.

 

class Dog:
    DNA_Table = {}  # {key: DogBreedDNA}

    @staticmethod
    def addDNA(breed, DNA):
        breed_DNA = DogBreedDNA(breed, DNA)
        Dog.DNA_Table[breed] = breed_DNA

    def __init__(self, name, age, gender, breed):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender
        self.breed = breed
        if breed not in Dog.DNA_Table:
            raise RuntimeError(f"{breed} is not in DNA_Table")

    def __repr__(self):
        return f'{self.name},{self.age},{Dog.DNA_Table[self.breed]}'

• DNA_Table
  • 해쉬맵 구조로 key값은 강아지 종(breed), value 값은 DogBreedDNA object입니다.
  • 해당 테이블에 데이터를 넣을 수 있는 static method를 만듭니다.
• addDNA
  • breed와 DNA 정보
  • 즉, DogBreedDNA object를 DNA_Table에 넣어줍니다.
• init
  • Dog object를 생성할 때 breed가 DNA_Table 안에 없다면 error를 생성합니다.

 

# 종에 따른 시츄와 진돗개의 DNA 정보를 추가함
Dog.addDNA('shihTzu', 'ATAGGCCTTACCGATGG....')
Dog.addDNA('jinDo', 'ATAGGCCTACCGATGA....')

# Choco와 baduk 객체 생성
choco = Dog('choco', 2, 'male', 'shihTzu')
baduk = Dog('baduk', 3, 'female', 'jinDo')

# 출력
print(choco)  # 출력: choco,2,ATAGGCCTTACCGATGG....
print(baduk)  # 출력: baduk,3,ATAGGCCTACCGATGA....

• 종에 따른 시츄와 진돗개의 DNA 정보를 Dog class에 추가합니다.
• Choco, baduk 객체를 생성하고 print합니다.
• choco, baduk의 breed는 이미 DNA_Table에 있기 때문에 정보가 출력됩니다.

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개념 확장

“여러 장소에 영향을 미친다”

• Flyweight Pattern은 Instance를 공유하는 것이 테마입니다.
• 가장 주의해야할 것은 공유하고 있는 것을 변경하면 여러 장소에 영향을 미친다는 점입니다.
• 하나의 Instance를 변경하면 그 Instance를 사용하고 있는 여러 장소에 동시에 영향을 미치게 됩니다.
• 여러 장소에 영향을 미치는 것이 향상 나쁜 것은 아니고, 프로그램이 취급하는 문제에 따라서 좋을 수도, 나쁠 수도 있습니다.
• 따라서 Flyweight 역할에게 제공하는 정보는 신중히 선택할 필요가 있습니다.

 

Intrinsic vs Extrinsic

• Intrinsic: 원래 구비하고 있는, 본질적인
• Intrinsic한 정보: 인스턴스를 어디에서 가지고 있더라도 어떠한 상황에서도 변하지 않는 정보, 상태에 의존되지 않는 정보입니다.
  • "장소나 상황에 의존하지 않기 때문에 공유할 수 있다."
• Extrinsic: 외부에서온, 비본질적인
• Extrinsic한 정보: 공유시키지 않는 정보이며, 인스턴스를 두는 장소에 따라서 변화하는 정보, 상황에 따라 변하는 정보입니다.
  • "장소나 상황에 의존하기 때문에 공유할 수 없다."