[Swift] 메모리 관리 ARC

Monday. July 23, 2018

자동 참조 계수 (ARC: Automatic Reference Counting)

iOS는 앱의 메모리 사용을 추적하고 관리하는 자동 참조 계수(이하 ARC)를 사용한다.
ARC는 인스턴스가 더이상 필요가 없을 때 클래스 인스턴스에 사용된 메모리를 자동적으로 해제한다.
간단한 것으로 프로퍼티, 상수, 변수에 레퍼런스가 지정될 때 여기에 들어있는 카운트를 증가시키고
프로퍼티, 상수, 변수가 해제되면 카운트를 감소시킨다.
보유한 카운트가 0이 되면 메모리를 해제하는 방식이다.
대부분의 경우에 메모리 작업은 잘 작동해서 메모리 관리를 생각할 필요가 없다.

하지만, 몇가지 경우에 ARC는 메모리 관리를 위한 코드 일부와 관련있는 더 많은 정보가 필요하다.

참조 계수는 클래스의 인스턴스에만 적용되며,
구조체와 열거형은 값 타입이지 참조 타입이 아니라
참조로 저장되거나 잔딜히지 못한다.

ARC를 쉽게 설명하자면 사람들이 있는데 서로의 멱살을 잡고(참조) 있다.
지금 상황에서는 상황이 종료(메모리 할당 해제)되지 않지만
멱살을 놓고(참조 해제) 대화를 하다보면 상황이 종료(메모리 할당 해제)된다.

ps. 떠오른 생각이 멱살 밖에 없어서…

ARC 작동 방식 (How ARC Works)

클래스의 새로운 인스턴스를 만들때 마다,
ARC는 인스턴스에 대한 정보를 저장하기 위해 메모리 덩어리(chunk)를 할당한다.
이 메모리는 인스턴스의 저장 프로퍼티와 연관된 값과 함께,
인스턴스의 타입에 관한 정보를 유지한다.

추가적으로, 인스턴스가 더이상 필요하지 않을 때 ARC는 메모리를 다른 목적으로
사용할 수 있도록 인스턴스에 의해 사용된 메모리를 해제한다.
클래스 인스턴스가 더 이상 필요하지 않을 때 메모리 공간을 가지지 않는 것을 보장한다.

하지만 ARC가 사용중에 있는데 인스턴스를 할당 해제하면
인스턴스의 프로퍼티 접근이나 인스턴스 메소드의 더 이상 호출할 수 없다.
만약 인스턴스에 접근하려 한다면 크래쉬(Crash)가 난다.

필요한 인스턴스가 사라지지 않는지 확인해야 하고,
ARC는 각 클래스 인스턴스에 현재 참조중인 프로퍼티, 상수, 변수를 추적한다.
ARC는 인스턴스에 대해 활성화된 참조가 하나라도 있으면, 할당 해제하지 않는다.

프로퍼티, 상수, 변수에 클래스 인스턴스를 할당할 때마다
프로퍼티, 상수, 변수는 인스턴스에 강한 참조(strong reference)를 만든다.
그 참조는 강한 참조로 호출되기 때문에, 인스턴스를 강하게 유지하며 강한 참조가 남아있는 만큼은 메모리 할당을 해제하지 않는다.

ARC 동작 (ARC in Action)

다음 예제는 자동 참조 개수 동작 방식이고,
하나의 상수 프로퍼티 name을 정의한 간단한 클래스 Person으로 시작된다.

class Person {
    let name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
        println("\(name) is being initialized")
    }
    deinit {
        println("\(name) is being deinitialized")
    }
}

Person 클래스는 인스턴스의 name 프로퍼티를 설정하고 초기화 진행중을 나타내는
메시지를 출력하는 초기화(initializer)를 가지고 있다.
또한 Person 클래스는 클래스의 인스턴스가 메모리에서 해제 될 때
메시지를 출력하는 해제(deinitializer)를 가지고 있다.

다음은 새로운 Person 인스턴스에 여러개의 참조 설정에 사용되는 Person? 타입의
변수 일부를 정의하는데 이 변수들은 옵셔널타입이기 때문에 자동으로 nil로 초기화 되고,
현재는 Person 인스턴스를 참조하지 않는다.

var reference1: Person?
var reference2: Person?
var reference3: Person?

첫번째 변수에 Person 인스턴스를 만들어 할당한다.

reference1 = Person(name: "John Appleseed")
// prints "John Appleseed is being initialized"

Person 클래스의 이니셜라이저가 호출되는 시점에 메시지를 출력하는데,
이는 초기화가 되었음을 뚯한다.

새로운 Person 인스턴스가 reference1 변수에 할당되었기 때문에,
reference1에 새로운 Person 인스턴스가 강한 참조로 된다.
이렇게 되면 현재 강한 참조가 하나 이상이기 때문에
ARC는 Person 이 메모리에서 유지되고 할당 해제되지 않도록 한다.

다음은 같은 Person 인스턴스를 나머지 두개의 변수에 할당한다.

reference2 = reference1
reference3 = reference1

이제 하나의 Person 인스턴스에 세 개의 강한 참조가 있다.

다음처럼 만약 강한 참조 중 두개를 nil로 할당하여 깨진다면,
하나의 강력 참조만 남고 Person 인스턴스는 할당 해제되지 않는다.

reference1 = nil
reference2 = nil

ARC는 세번째 강력 참조가 깨지기 전까지 Person 인스턴스가 할당 해제되지 않고,
세변째 변수에 nil로 정리하면 그 때서야 Person 인스턴스는 할당 해제 된다.

reference3 = nil
// prints "John Appleseed is being deinitialized"

강한 순환 참조 (Strong Reference Cycles)

ARC의 한가지 문제점이라 하면 두 개의 객체가 상호 참조하는 경우와 같은
강한 순환 참조가 만들어 질 수 있다는 점이다.
이렇게 되면 이 순환 참조에 연관된 객체들은 레퍼런스 카운트가
0에 도달하지 않게 되어 메모리 누수가 발생하게 된다.

스위프트와 같이 ARC를 기반으로 하는 메모리 관리 모델에서는
어떻게 하면 강한 순환 참조를 발생시키지 않도록 하느냐가
메모리 관리상의 가장 큰 관심사가 된다.

강한 순환 참조에 대해서 쉽게 설명하면
A와 B가 있는데 서로 멱살을 잡고(참조) 있다.
둘 중 누가 먼저 멱살을 놓기 시작(참조 해제) 해야
이 험악한 상황이 종료(메모리 할당 해제) 될텐데
계속 서로 멱살을 안 놓다 보니 험악한 상황(메모리 누수)이 지속되고 있는 것이다.
이 상황이 바로 강한 순환 참조를 뜻한다.

이 강한 순환 참조를 해결하기 위한 방법은
다음 게시글인 weak와 unowned의 사용법에서
확인할 수 있다.

Hyejun Jang

If you do nothing, you are not alive. Just Do It!