Flyweight

Das Flyweight, auch Fliegengewicht genannt, ist ein Entwurfsmuster aus dem Bereich der Softwareentwicklung und gehört zu der Kategorie der Strukturmuster (Structural Patterns). Es wird verwendet, wenn eine große Anzahl von Objekten benötigt wird, die sich bestimmte variable Informationen teilen und eine herkömmliche Implementierung unverhältnismäßig viele Ressourcen erfordern würde. Das Fliegengewicht ist ein Entwurfsmuster der so genannten GoF-Muster.

Verwendung

Flyweight wird eingesetzt, wenn es eine große Anzahl Objekte gibt, so dass alleine die Anzahl zu Problemen führt. Ein Teil des Zustandes dieser Objekte kann in den Kontext ausgelagert werden (extrinsisch). Nach der Entfernung des Zustandes reduziert sich die Anzahl verschiedener Objekte auf ein überschaubares Maß.

UML-Diagramm

Akteure

Das Flyweight (Fliegengewicht) ist abstrakt und definiert die Schnittstelle für Objekte, die einen von außen sichtbaren Zustand empfangen und verarbeiten. Das concrete flyweight (Konkretes Fliegengewicht) implementiert die Fliegengewichtschnittstelle. Bei Bedarf wird ein innerer Zustand ergänzt. Exemplare von KonkretesFliegengewicht oder abgeleiteten Klassen werden gemeinsam genutzt. Der intrinsische Zustand muss unabhängig vom Kontext sein.

Das unshared concrete flyweight (Getrennt genutzte konkrete Fliegengewicht) implementiert diese Schnittstelle ebenfalls, enthält allerdings den kompletten Zustand. Das bedeutet, dass diese Objekte nicht gemeinsam genutzt werden. Hierbei handelt es sich nicht mehr im engeren Sinne um Fliegengewichte. Es können sich sogar echte „Schwergewichte“ dahinter verbergen. Es zeigt vielmehr die Stelle, an der „normale“ Objekte ihren Platz in dem Muster finden.

Die flyweight factory (Fliegengewicht-Fabrik) erzeugt und verwaltet Fliegengewichte. Sie stellt auch die korrekte Benutzung der gemeinsam benutzten Objekte sicher. Der client (Klient) verwaltet Referenzen auf Fliegengewichte und den extrinsischen Zustand der Fliegengewichte.

Vorteile

Das Verfahren reduziert Speicherkosten proportional zur Größe des ausgelagerten Zustands und zur Anzahl der Fliegengewichte. Die Speicherkosten sinken weiter, wenn der ausgelagerte Zustand nicht gespeichert werden muss, sondern berechnet werden kann.

Nachteile

Die Komplexität steigt relativ stark, insbesondere bei Designs, die Fliegengewicht gemeinsam mit Kompositum nutzen. Eine saubere Dokumentation der Verantwortlichkeiten ist ein Muss. Die Laufzeitkosten steigen möglicherweise an, da der ausgelagerte Zustand wieder aufgefunden und dem Fliegengewicht beim Methodenaufruf übergeben werden muss. Sie steigen weiter, wenn der Zustand berechnet wird.

Beispiel

Die graphische Darstellung eines Textdokumentes.

Es kann leicht aus Hunderttausenden oder gar Millionen von Zeichen und damit Zeichenobjekten bestehen. Jedes Byte, das man im Zeichenobjekt speichert, wird so unter Umständen zu einem Megabyte. Es ist leicht ersichtlich, dass es inakzeptabel ist, alle Informationen die das Zeichenobjekt benötigt, wirklich im Objekt zu speichern.

Das Zeichenobjekt befindet sich in einem Zeilenobjekt (Kompositum). Die Zeilennummer und die Y-Koordinate auf dem Bildschirm sind für alle Zeichen der Zeile identisch. Sie werden in das Zeilenobjekt verlagert. Die Spaltennummer und die X-Koordinate ergeben sich aus der Position in der Zeile. Das Zeilenobjekt ist verantwortlich, diese zu berechnen. Schriftattribute sind meist für benachbarte Zeichen identisch. Sie werden ebenfalls ausgelagert.

Übrig bleibt alleine der Code des Zeichens. Somit gibt es am Ende lediglich einige hundert unterschiedlicher Zeichenobjekte (zumindest bei Alphabetschriften).

Verwendung in der Analyse

Fliegengewicht ist ein reines Design-Muster, da seine Anwendung vor allem vom Designaspekt Speicherplatz getrieben wird (daneben u. U. vom Aspekt zentraler Update eines sehr globalen Zustands). Die Verwendung von Fliegengewicht in der Analyse ist daher in aller Regel ein Smell.

Verwandte Entwurfsmuster

Das Kompositum bietet sich an, um Fliegengewichte zu hierarchischen Strukturen zusammenzufügen (z.B. Zeichen, Zeile, Absatz, etc.)

Eine Fabrikmethode wird benötigt, um die Fliegengewichte zu erzeugen.

Auch für Zustands- und Strategie-Objekte ist das Fliegengewichtsmuster vorteilhaft.

Das Idiom "immutable object" ist eng verwandt mit dem Fliegengewicht. Fliegengewichte sollten immer als "immutable objects" designt werden.

Entwurfsmuster der Viererbande

Erzeugungsmuster:  Abstrakte Fabrik | Singleton | Builder | Fabrikmethode | Prototyp

Strukturmuster:  Adapter | Brücke | Decorator | Fassade | Flyweight | Kompositum | Stellvertreter

Verhaltensmuster:  Observer | Visitor | Interpreter | Iterator | Kommando | Memento | Schablonenmethode | Strategie | Vermittler | Zustand | Zuständigkeitskette

(Klassenmuster sind kursiv dargestellt)