概要

Flyweight（フライウェイト）パターンは、
多数のオブジェクトを効率よく扱うために、共通する状態（内部状態）を共有し、必要な差異（外部状態）のみを個別に保持する設計パターンである。

UI要素、文字オブジェクト、グラフィックス、粒子エンジンなど、「似たようなインスタンスを大量に扱う」場面で極めて有効。

1. なぜFlyweightが必要か？

❌ 大量のオブジェクトが似たような情報を個別に保持すると、メモリが逼迫する

# 数十万個のツリーオブジェクトに、毎回「種別・色・形状」が含まれている

→ 実質的に同じデータが膨大に複製される

✅ 共通データ（内部状態）は共有オブジェクトに集約し、個別データ（外部状態）のみを保持

tree_type = TreeType("oak", "green", "texture.png")
tree = Tree(x, y, tree_type)

→ 内部状態の共有により、インスタンス数を抑えてメモリ効率を最適化

2. 基本構造

✅ Flyweight（共有される内部状態）

class TreeType:
    def __init__(self, name, color, texture):
        self.name = name
        self.color = color
        self.texture = texture

    def draw(self, x, y):
        print(f"{self.name} を {x},{y} に描画（色: {self.color} / テクスチャ: {self.texture}）")

✅ Flyweight Factory（共有インスタンスの管理）

class TreeFactory:
    _tree_types = {}

    @classmethod
    def get_tree_type(cls, name, color, texture):
        key = (name, color, texture)
        if key not in cls._tree_types:
            cls._tree_types[key] = TreeType(name, color, texture)
        return cls._tree_types[key]

✅ コンテキスト（外部状態）

class Tree:
    def __init__(self, x, y, tree_type: TreeType):
        self.x = x
        self.y = y
        self.tree_type = tree_type

    def draw(self):
        self.tree_type.draw(self.x, self.y)

✅ 使用例

forest = []

for i in range(10000):
    tree_type = TreeFactory.get_tree_type("oak", "green", "oak_texture.png")
    forest.append(Tree(i, i, tree_type))

# 表示例
forest[0].draw()
forest[-1].draw()

出力:

oak を 0,0 に描画（色: green / テクスチャ: oak_texture.png）  
oak を 9999,9999 に描画（色: green / テクスチャ: oak_texture.png）

3. Python的応用：`functools.lru_cache` を使った共有インスタンス管理

from functools import lru_cache

@lru_cache(maxsize=None)
def get_icon(name, size):
    print(f"{name} サイズ{size}のアイコンをロード")
    return f"{name}_{size}_icon"

# 使用
icon1 = get_icon("save", 32)
icon2 = get_icon("save", 32)  # キャッシュヒット

→ 共通リソースの読み込み最適化としてもFlyweight的に使える

4. 実務ユースケース

✅ UIコンポーネントのスキン/アイコン共有

→ 同じアイコンを複数ボタンで使い回すことで軽量化

✅ 地図アプリのランドマークアイコン

→ 数千のマーカーに対して、共通のアイコンデータを共有

✅ ゲームにおけるエフェクト・弾・敵ユニットの粒子構造

→ プロトタイプ・タイプ情報を共有してパフォーマンス改善

✅ Webアプリケーションのキャッシュ済みテンプレート構造

→ テンプレートエンジンがHTMLパーツを再利用

5. よくある誤用と対策

❌ 外部状態まで共有してしまい、正しい描画や動作が崩れる

→ ✅ 外部状態（位置・IDなど）は個別オブジェクトで必ず管理する

❌ 共有オブジェクトの構築コストを軽視して都度生成

→ ✅ Flyweight Factoryを介してキャッシュと制御を徹底する

❌ 状態の変更が共有インスタンスに波及して副作用を引き起こす

→ ✅ Flyweightは原則イミュータブル設計とする

結語

Flyweightパターンとは、“重複を構造化し、メモリを共有知で最適化する設計”である。

内部状態を集約・共有し、必要最小限のインスタンス数で効率的な構造を実現
速度・メモリ・スケーラビリティの観点から、高負荷アプリにおける最適解
PythonではFactory・キャッシュ・構造分離により、明確で安全な共有ロジックが構築可能

Pythonicとは、“個を分け、共を活かすこと”。
Flyweightパターンはその最小性の知性を、設計の経済性として導き出す技法である。