概要

Flyweight（フライウェイト）パターンは、
多数のオブジェクトが類似または同一の状態を持つ場合に、
共有可能な部分（不変な内部状態）を外部に分離・再利用することで、メモリ効率を最適化する構造的パターンである。

数百万単位で生成されるオブジェクト群の状態の重複を排除し、構造的に共有することで軽量化を実現する。

1. なぜFlyweightが必要か？

❌ 同一状態のオブジェクトを大量に生成

for _ in range(1000000):
    glyphs.append(Character("A", "Arial", 12))

→ メモリを浪費し、スケーラビリティが著しく低下

✅ 共有可能な状態を外部化し、Flyweightで再利用

factory.get_char("A", "Arial", 12)

→ 同一状態のインスタンスは1つだけ保持され、以後は共有参照

2. 基本構造

✅ Flyweightクラス（共有される軽量オブジェクト）

class Character:
    def __init__(self, char, font, size):
        self.char = char          # 内部状態（共有）
        self.font = font
        self.size = size

    def render(self, position):
        print(f"{self.char} [{self.font}, {self.size}] at {position}")

✅ FlyweightFactory（インスタンスのキャッシュ管理）

class CharacterFactory:
    def __init__(self):
        self._pool = {}

    def get(self, char, font, size):
        key = (char, font, size)
        if key not in self._pool:
            self._pool[key] = Character(char, font, size)
        return self._pool[key]

✅ 使用例

factory = CharacterFactory()

doc = []
for i in range(100):
    doc.append(factory.get("A", "Arial", 12))

# 実際に生成されたCharacterインスタンスは1つのみ
print(len(set(id(c) for c in doc)))  # → 1

3. Python的応用：`@lru_cache` によるFlyweight化

from functools import lru_cache

@lru_cache(maxsize=128)
def get_color(r, g, b):
    return (r, g, b)

color1 = get_color(255, 255, 255)
color2 = get_color(255, 255, 255)
assert color1 is color2  # 共有されている

→ 不変オブジェクトのキャッシュにより、実質Flyweight化

4. 実務ユースケース

✅ ゲームにおけるキャラクター表示・粒子・地形要素

→ 同一グラフィック・属性を持つエンティティを効率よくレンダリング

✅ フォントレンダリング・文字表示システム

→ 文字ごとにオブジェクトを作らず、キャッシュで共有レンダリング

✅ 色・スタイル・アイコンの共通化

→ UI上の装飾情報を構造的に管理・再利用

✅ ファイルパーミッション・属性・ステータスの定義共有

→ 状態をクラス化し、同一内容を共通オブジェクトで表現

5. よくある誤用と対策

❌ 外部状態と内部状態の区別が曖昧

→ ✅ 共有可能な状態（フォント・サイズなど）は内部に、
位置や一時的な情報は外部で持つ

❌ 共有すべきでないオブジェクトまでキャッシュする

→ ✅ 状態が変化するものはFlyweightに適さない

❌ キャッシュが肥大化し、逆にメモリ消費が増大

→ ✅ maxsize を明示的に設定し、キャッシュ管理を明確に

結語

Flyweightパターンとは、“重複するデータを構造的に共有し、無駄をそぎ落とす設計技法”である。

高頻度・大量オブジェクト生成時に、最小限のリソースで最大の表現を可能に
内部状態と外部状態を分離し、オブジェクトの意味的重複を排除
Pythonでは dict や @lru_cache、オブジェクトIDの比較で、直感的な実装が可能

Pythonicとは、“同じものは使い回す”という合理性に基づいた設計であり、
Flyweightパターンはその節制と効率性を、メモリに染み込ませるための技術である。