デザインパターンを学ぶ #11 フライウェイト（Flyweight）

1. はじめに

今回は Flyweight（フライウェイト）パターン。
目的は、大量に生成されるオブジェクトの共通部分を共有し、メモリ使用量を減らすことです。

大量のオブジェクトを一つずつ完全に持つと重すぎるので、
変わらない部分は使い回し（共有）、変わる部分だけ個別に持つという発想です。

2. Flyweightとは？

• オブジェクトを「共有できる内部状態（intrinsic）」と
  「個別に与える外部状態（extrinsic）」に分ける
• 内部状態は 再利用するインスタンスに持たせ、
  外部状態は 呼び出し側から渡す

3. 実装イメージ（PHP）

例：地図上に大量のマーカー（ピン）を表示する場合

• 色や形 → 共通（共有Flyweight）
• 座標 → 個別（外部状態として後から渡す）

<?php

// 共有される部分（色やアイコンなど）
class MarkerIcon {
    public function __construct(
        public string $color,
        public string $shape
    ) {}
    public function draw(int $x, int $y): void {
        echo "Draw {$this->color}-{$this->shape} marker at ({$x}, {$y})\n";
    }
}

// Flyweight Factory：既存インスタンスを使い回す
class MarkerIconFactory {
    /** @var MarkerIcon[] */
    private array $cache = [];

    public function get(string $color, string $shape): MarkerIcon {
        $key = $color . '-' . $shape;
        if (!isset($this->cache[$key])) {
            $this->cache[$key] = new MarkerIcon($color, $shape);
        }
        return $this->cache[$key];
    }
}

// --- 利用 ---
$factory = new MarkerIconFactory();

// 1万個のマーカーを配置（色ごとに共有）
$coords = [[10,20], [11,21], [12,22]];
foreach ($coords as [$x, $y]) {
    $icon = $factory->get('red', 'pin'); // 共有オブジェクト
    $icon->draw($x, $y);                  // 外部状態（座標）を後から渡す
}

出力例:

Draw red-pin marker at (10, 20)
Draw red-pin marker at (11, 21)
Draw red-pin marker at (12, 22)

4. 利用シーン

• 地図やゲームでの 大量オブジェクト表示（タイル、弾丸、兵士、樹木など）
• フォントや文字オブジェクト（文字の形は共有、座標は個別）
• IDEの構文ノード（トークンの型情報を共有）

5. メリット

• メモリ使用量を大幅に削減できる
• オブジェクト生成コストを抑えられる
• 同一属性の変更を一括で反映できる（共有部分なので）

6. 注意点

• 内部状態と外部状態の切り分け設計が必要（どこまで共有するか）
• 実装が複雑になりやすい → 本当に大量に生成される場合だけ使う

7. 他パターンとの比較

• Prototype：複製で高速生成、共有ではない
• Singleton：インスタンス1個固定、Flyweightは同種を複数共有
• Proxy：アクセス制御や遅延生成が目的、Flyweightは共有による軽量化が目的

8. テスト観点

• 同じ属性で取得したオブジェクトが同一インスタンスか（===で確認）
• 共有部分の変更が全箇所に反映されるか
• メモリ使用量や生成回数が減っているか

9. まとめ

Flyweightは、共通部分を共有・個別部分を外部から渡すことで
大量オブジェクトを効率的に扱う構造パターンです。