게임 프로그래밍 패턴 - 경량 패턴(Flyweight Pattern)
in Study / Design Patterns on Programming, Game development, Design patterns
이미지 출처: https://unity.com/kr/blog/game-programming-patterns-update-ebook
🕹️ 경량 패턴(Flyweight Pattern)이란?
공유 가능한 객체를 사용하여 메모리 사용량을 줄이고 성능을 최적화하는 디자인 패턴.
경량 패턴은 반복적으로 사용되는 대량의 객체를 효율적으로 관리하여 게임 개발에서 그래픽 리소스, 파티클 시스템, 문자 렌더링 등의 성능 최적화에 활용된다.
🕹️ 경량 패턴이 필요한 이유
💡 기존 방식의 문제점
- 대량의 객체를 개별적으로 생성할 경우 메모리 사용량 급증
- 불필요한 중복 데이터가 많아 리소스 낭비 발생
- GC(Garbage Collection) 부담 증가로 인해 성능 저하 가능
✅ 해결책
공유 가능한 상태(Intrinsic State)와 개별 상태(Extrinsic State)를 분리하여 동일한 객체를 재사용하도록 설계!
🕹️ 경량 패턴의 구조
| 구성 요소 | 설명 |
|---|---|
| Flyweight (경량 객체) | 공유 가능한 상태(색상, 모양 등)를 포함한 객체. |
| ConcreteFlyweight (구체적인 경량 객체) | Flyweight를 구현하며, 내부적으로 상태를 공유. |
| FlyweightFactory (경량 객체 팩토리) | 동일한 객체가 이미 존재하는지 확인하고 재사용. |
| Client (클라이언트) | Flyweight 객체를 필요할 때 요청하고 사용. |
🕹️ 경량 패턴의 활용 사례 (게임 개발)
🎮 1. 문자 렌더링 시스템
- 같은 폰트의 글자는 공유 객체로 관리하여 메모리 절약
- 예제: 게임에서 여러 개의 텍스트를 화면에 표시할 때 동일한 글꼴 데이터를 공유
🎮 2. 파티클 시스템 (Particle System)
- 같은 타입의 파티클 효과를 공유하여 메모리 최적화
- 예제: 불꽃 효과, 폭발 효과 등
🎮 3. NPC 및 오브젝트 데이터 공유
- NPC의 기본적인 스킨이나 애니메이션을 공유하여 리소스 사용 절감
- 예제: MMORPG에서 같은 종류의 몬스터를 여러 마리 배치할 때
🕹️ 경량 패턴 예제 코드 (C++ 예시)
#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;
class Flyweight
{
public:
virtual void render(int x, int y) = 0;
};
class ConcreteFlyweight : public Flyweight
{
string texture;
public:
ConcreteFlyweight(string tex) : texture(tex) {}
void render(int x, int y) override
{
cout << "Rendering " << texture << " at (" << x << ", " << y << ")\n";
}
};
class FlyweightFactory
{
private:
unordered_map<string, Flyweight*> flyweights;
public:
Flyweight* getFlyweight(string key)
{
if (flyweights.find(key) == flyweights.end())
flyweights[key] = new ConcreteFlyweight(key);
return flyweights[key];
}
};
int main()
{
FlyweightFactory factory;
Flyweight* tree1 = factory.getFlyweight("TreeTexture");
Flyweight* tree2 = factory.getFlyweight("TreeTexture");
tree1->render(10, 20);
tree2->render(30, 40);
return 0;
}
📌 코드 설명
Flyweight인터페이스는 공유 객체의 기본 구조를 정의ConcreteFlyweight는 동일한 상태를 공유하며, 필요할 때만 새로운 객체 생성FlyweightFactory가 동일한 객체가 존재하는지 확인하고 이미 존재하는 객체를 재사용main()에서 두 개의 트리 객체를 요청했지만, 하나의 공유 객체를 사용하여 최적화
🕹️ 경량 패턴의 장단점
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 메모리 사용량 절감 (공유 객체 활용) | 코드 복잡성이 증가할 수 있음 |
| 객체 생성 비용 감소 | 공유 상태와 개별 상태를 명확히 구분해야 함 |
| GC(Garbage Collection) 부담 감소 | 특정 경우에는 공유가 어려울 수도 있음 |
🕹️ 최종 정리
경량 패턴은 자주 사용되는 객체를 공유하여 메모리를 절약하고 성능을 최적화하는 패턴으로, 게임 개발에서 파티클 시스템, NPC 데이터, 텍스트 렌더링 등 다양한 곳에서 활용된다. 그러나 공유 상태와 개별 상태를 잘 설계해야 하며, 코드의 복잡성이 증가할 수 있음에 주의해야 한다.
