Шаблон Flyweight в Python

Что это такое

Паттерн Приспособленец (Flyweight) экономит память, когда программа хранит тысячи похожих объектов: тяжёлая общая часть хранится один раз и используется по ссылке везде, а каждый объект хранит только свою небольшую уникальную часть.

Лесу из 10 000 деревьев не нужны 10 000 текстур — ему нужны 2 вида деревьев и 10 000 крошечных записей (x, y, вид).

Пример: лес с общими видами

get_kind() выдаёт общие объекты видов из обычного словаря-кэша и создаёт каждый из них только при первом запросе. Каждое дерево хранит лишь позицию и ссылку.

Много деревьев, мало видов

Деревьев четыре, но «создаётся вид» выводится только дважды — oak и pine существуют в единственном экземпляре, каким бы большим ни стал лес.

Напишите программу на Python с паттерном Приспособленец (Flyweight): тяжёлый dataclass TreeKind (name, texture), который хранится по одному экземпляру на вид в словаре за функцией get_kind, выводящей сообщение, когда она создаёт вид, и лёгкие dataclass-классы Tree, хранящие только позицию и ссылку на свой вид. Посадите четыре дерева двух видов и выведите, сколько деревьев существует и сколько видов было сохранено.

> Вывод: полная программа на Python

Prompt

Напишите программу на Python с паттерном Приспособленец (Flyweight): тяжёлый dataclass TreeKind (name, texture), который хранится по одному экземпляру на вид в словаре за функцией get_kind, выводящей сообщение, когда она создаёт вид, и лёгкие dataclass-классы Tree, хранящие только позицию и ссылку на свой вид. Посадите четыре дерева двух видов и выведите, сколько деревьев существует и сколько видов было сохранено.

Вывод: полная программа на Python

from dataclasses import dataclass

# Тяжёлая общая часть — создаётся один раз для каждого вида.
@dataclass
class TreeKind:
  name: str
  texture: str

kinds: dict[str, TreeKind] = {}

def get_kind(name: str) -> TreeKind:
  if name in kinds:
    return kinds[name]
  print("создаётся вид:", name)
  kind = TreeKind(name=name, texture=name + ".png")
  kinds[name] = kind
  return kind

# Лёгкая часть каждого дерева: позиция и ссылка.
@dataclass
class Tree:
  x: int
  y: int
  kind: TreeKind

forest = [
  Tree(x=1, y=2, kind=get_kind("oak")),
  Tree(x=3, y=4, kind=get_kind("pine")),
  Tree(x=5, y=6, kind=get_kind("oak")),
  Tree(x=7, y=8, kind=get_kind("pine")),
]

print("посажено деревьев:", len(forest))
print("сохранено видов:", len(kinds))

Когда его использовать

Используйте его, когда профилирование показывает проблемы с памятью из-за множества объектов, повторяющих тяжёлые данные, — тайлы карты, глифы, частицы, кэшированные стили.

Не используйте его, если объектов меньше нескольких тысяч или общая часть невелика. Это паттерн оптимизации: без проблемы с памятью он лишь добавляет сложность.

Плюсы и минусы

Плюсы: большая экономия памяти при больших объёмах; общие данные обновляются в одном месте.

Минусы: общие объекты нужно считать доступными только для чтения — одна неосторожная запись изменит «каждый дуб в лесу»; разделение на общую и уникальную части усложняет модель.