Flyweight em Java

O O Flyweight é um padrão de projeto estrutural que permite que os programas suportem grandes quantidades de objetos, mantendo baixo o consumo de memória.

O padrão consegue isso compartilhando partes do estado do objeto entre vários objetos. Em outras palavras, o Flyweight economiza RAM armazenando em cache os mesmos dados usados por objetos diferentes.

Saiba mais sobre o Flyweight

Complexidade:

Popularidade:

Exemplos de uso: O padrão Flyweight tem uma única finalidade: minimizar a utilização de memória. Se o seu programa não apresentar problemas de falta de RAM, você poderá ignorar esse padrão por um tempo.

Exemplos de Flyweight nas principais bibliotecas Java:

java.lang.Integer#valueOf(int) (também Boolean, Byte, Character, Short, Long e BigDecimal)

Identificação: O Flyweight pode ser reconhecido por um método de criação que retorna objetos em cache em vez de criar novos.

Renderizando uma floresta

Neste exemplo, vamos renderizar uma floresta (1.000.000 árvores)! Cada árvore será representada por seu próprio objeto que possui algum estado (coordenadas, textura e assim por diante). Embora o programa faça seu trabalho principal, naturalmente consome muita RAM.

O motivo é simples: muitos objetos árvore contêm dados duplicados (nome, textura, cor). É por isso que podemos aplicar o padrão Flyweight e armazenar esses valores em objetos separados de flyweight (a classe TreeType). Agora, em vez de armazenar os mesmos dados em milhares de objetos Tree, vamos fazer referência a um dos objetos flyweight com um conjunto específico de valores.

O código cliente não notará nada, pois a complexidade da reutilização de objetos flyweight está enterrada dentro de uma fábrica de flyweight.

trees

trees/Tree.java: Contém estado único para cada árvore

package refactoring_guru.flyweight.example.trees;

import java.awt.*;

public class Tree {
    private int x;
    private int y;
    private TreeType type;

    public Tree(int x, int y, TreeType type) {
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.type = type;
    }

    public void draw(Graphics g) {
        type.draw(g, x, y);
    }
}

trees/TreeType.java: Contém estado compartilhado por diversas árvores

package refactoring_guru.flyweight.example.trees;

import java.awt.*;

public class TreeType {
    private String name;
    private Color color;
    private String otherTreeData;

    public TreeType(String name, Color color, String otherTreeData) {
        this.name = name;
        this.color = color;
        this.otherTreeData = otherTreeData;
    }

    public void draw(Graphics g, int x, int y) {
        g.setColor(Color.BLACK);
        g.fillRect(x - 1, y, 3, 5);
        g.setColor(color);
        g.fillOval(x - 5, y - 10, 10, 10);
    }
}

trees/TreeFactory.java: Encapsula a complexidade da criaçã flyweight das árvores

package refactoring_guru.flyweight.example.trees;

import java.awt.*;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class TreeFactory {
    static Map<String, TreeType> treeTypes = new HashMap<>();

    public static TreeType getTreeType(String name, Color color, String otherTreeData) {
        TreeType result = treeTypes.get(name);
        if (result == null) {
            result = new TreeType(name, color, otherTreeData);
            treeTypes.put(name, result);
        }
        return result;
    }
}

forest

forest/Forest.java: Floresta, que desenhamos

package refactoring_guru.flyweight.example.forest;

import refactoring_guru.flyweight.example.trees.Tree;
import refactoring_guru.flyweight.example.trees.TreeFactory;
import refactoring_guru.flyweight.example.trees.TreeType;

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Forest extends JFrame {
    private List<Tree> trees = new ArrayList<>();

    public void plantTree(int x, int y, String name, Color color, String otherTreeData) {
        TreeType type = TreeFactory.getTreeType(name, color, otherTreeData);
        Tree tree = new Tree(x, y, type);
        trees.add(tree);
    }

    @Override
    public void paint(Graphics graphics) {
        for (Tree tree : trees) {
            tree.draw(graphics);
        }
    }
}

Demo.java: Código cliente

package refactoring_guru.flyweight.example;

import refactoring_guru.flyweight.example.forest.Forest;

import java.awt.*;

public class Demo {
    static int CANVAS_SIZE = 500;
    static int TREES_TO_DRAW = 1000000;
    static int TREE_TYPES = 2;

    public static void main(String[] args) {
        Forest forest = new Forest();
        for (int i = 0; i < Math.floor(TREES_TO_DRAW / TREE_TYPES); i++) {
            forest.plantTree(random(0, CANVAS_SIZE), random(0, CANVAS_SIZE),
                    "Summer Oak", Color.GREEN, "Oak texture stub");
            forest.plantTree(random(0, CANVAS_SIZE), random(0, CANVAS_SIZE),
                    "Autumn Oak", Color.ORANGE, "Autumn Oak texture stub");
        }
        forest.setSize(CANVAS_SIZE, CANVAS_SIZE);
        forest.setVisible(true);

        System.out.println(TREES_TO_DRAW + " trees drawn");
        System.out.println("---------------------");
        System.out.println("Memory usage:");
        System.out.println("Tree size (8 bytes) * " + TREES_TO_DRAW);
        System.out.println("+ TreeTypes size (~30 bytes) * " + TREE_TYPES + "");
        System.out.println("---------------------");
        System.out.println("Total: " + ((TREES_TO_DRAW * 8 + TREE_TYPES * 30) / 1024 / 1024) +
                "MB (instead of " + ((TREES_TO_DRAW * 38) / 1024 / 1024) + "MB)");
    }

    private static int random(int min, int max) {
        return min + (int) (Math.random() * ((max - min) + 1));
    }
}

OutputDemo.png: Captura de tela

OutputDemo.txt: Dados do uso da RAM

1000000 trees drawn
---------------------
Memory usage:
Tree size (8 bytes) * 1000000
+ TreeTypes size (~30 bytes) * 2
---------------------
Total: 7MB (instead of 36MB)