[ Swift ] ARC ( Automatic Reference Counting ) 모델 / Swift의 메모리 관리

 

 

 

 

오늘은 ARC 메모리 관리에 대해서 공부해 볼까 합니다!

그럼 시작해 볼까요?! ✨

 

 

스위프트는 ARC 메모리 관리 모델을 사용하여 힙 영역에서의 메모리를 관리합니다.

음.. 그렇다면 힙 영역이 대체 뭐길래 메모리를 관리를 해주어야 할까요?!

 

메모리 구조 중 Heap 영역

Heap 영역은 런타임 중 메모리 할당이 필요한 경우에 동적으로 할당된 데이터가 저장되는 곳입니다. 그럼 동적 할당이 뭔데요?! 동적 할당이란 스택 영역처럼 정해진 곳에 데이터 딱딱 들어가고 나오는 것이 아니라 메모리의 비워져 있는 공간을 찾아서 크기나 생존기간을 정하여 할당할 수 있는 방법입니다. Heap 영역에는 참조 타입의 데이터만 저장이 됩니다.

 

• 런타임 중 메모리 할당이 필요한 경우 Heap 영역에 저장
• 메모리가 동적으로 할당
• 참조 타입의 데이터가 저장

 

이 Heap 영역에 데이터가 저장이 되면 더 이상 해당 데이터가 필요 없을 때는 메모리에서 데이터를 해제를 해주어야 하잖아요?!

그렇기 때문에 이 Heap 영역은 개발자가 데이터 관리를 해주어야만 합니다.

 

 

 

ARC ( Automatic Reference Counting )

스위프트는 개발자가 데이터를 관리하기 위해서 ARC라는 모델을 사용합니다. ARC는 ' Automatic Reference Counting '이라는 영어의 줄임말인데요! Reference Counting을 자동으로 관리해 주는 모델입니다.

 

 

Reference Counting

여기서 Referece Counting이란 자기 자신을 가리키고 있는 ( 참조하고 있는 ) 것의 개수입니다. 줄여서 RC라고도 해요.

 

 

ARC는 다른 모델들과 달리 RC를 1 증가시켜 주는 retain() 함수와 RC를 1 감소시켜주는 release() 함수를 자동으로 실행시켜 메모리를 관리해 줍니다. 그렇다면, 개발자들이 언제, 어떻게 메모리 관리를 해주어야 할까요?!

 

 

 

강한 참조 사이클

서로 다른 인스턴스가 서로를 가리킬 때를 Strong Reference Cycle 이라고 하며, 이를 강한 참조 사이클이라고 하는데요. 이때, 각각의 인스턴스가 nil이 되어도 서로가 서로를 참조하고 있기 때문에 RC가 0이 되지 못해서 메모리에 계속 남아있는 상황입니다. 쓰이지 않는데, 메모리에 계속 남아있게 되면 이는 메모리 낭비가 되겠죠? 이를 "메모리 누수"가 발생했다고 합니다.

 

조금 더 자세히 예시를 통해 알아봅시다!

class Person {
    let name: String
    var apartment: Apartment?

    init(name: String) {
        self.name = name
        print("\(name) is being initialized")
    }

    deinit {
        print("\(name) is being deinitialized")
    }
}

class Apartment {
    let unit: String
    var tenant: Person?

    init(unit: String) {
        self.unit = unit
        print("Apartment \(unit) is being initialized")
    }

    deinit {
        print("Apartment \(unit) is being deinitialized")
    }
}

var john: Person? = Person(name: "John")
var unit4A: Apartment? = Apartment(unit: "4A")

john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

john = nil
unit4A = nil

 

위의 코드를 간단히 그림으로 나타내면 아래처럼 나타낼 수 있습니다. Person과 Apartment라는 클래스의 인스턴스가 각각 john과 unit4A이고 인스턴스의 저장 속성인 apartment와 tenant가 각각의 클래스를 가리키고 있습니다.

 

이때, john이라는 Person의 인스턴스는 john이라는 변수에게서 참조를 당하고, unit4A의 저장 속성인 tenant에게 참조당하고 있기 때문에 RC가 2라고 할 수 있습니다. unit4A라는 Apartment의 인스턴스도 마찬가지로 RC가 2이겠죠?!

 

 

이 경우에 john과 unit4A의 값을 nil로 할당하게 되면, john과 unit4A가 참조하고 있는 클래스를 제거하는 것이므로 각각의 RC가 1로 줄어들게 됩니다.

 

 

이때, 서로를 가리키고 있는 참조가 남아있어 RC가 1인 상태로 유지되기 때문에 Heap 영역에서 John과 unit4A의 메모리가 제거되지 않습니다. 메모리 누수가 발생하게 되고, 이런 상황을 강한 참조 사이클이라고 합니다.

 

 

그렇다면 메모리 누수를 방지하기 위해서 어떻게 해야 할까요?!?!

강한 참조 사이클로 인한 메모리 누수의 해결방안은 두 가지가 있습니다.

 

 

 

 

약한 참조 ( weak Reference )

첫 번째로는 약한 참조입니다. 참조를 당하는 인스턴스가 nil이 되면 참조하는 인스턴스도 nil로 할당이 되도록 하는 것입니다.

• weak 키워드 사용

 

class Person {
    var name: String
    weak var friend: Person? // 약한 참조
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

var john: Person? = Person(name: "John")
var doe: Person? = Person(name: "Doe")

john?.friend = doe
doe?.friend = john

john = nil
doe = nil

위의 예시로 설명하자면, john의 값이 nil이 된다면 이 john을 가리키는 unit4A의 저장속성인 tenant의 값도 nil이 되어 RC가 0으로 줄어 메모리에서 해제가 됩니다!

 

 

 

비소유 참조 ( unowned Reference )

weak과 비슷하지만, 다른 두 번째 방법은 비소유 참조입니다. weak과 다른 점은 옵셔널 타입이 아니기 때문에 참조당하는 인스턴스가 nil이 되면 참조하는 인스턴스를 호출하였을 때, 오류가 납니다. 그래서 값이 있을 것이라는 것이 명확해질 때 사용하는 것이 비소유 참조입니다.

• unowned 키워드

 

class Customer {
    let name: String
    var card: CreditCard?
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

class CreditCard {
    let number: UInt64
    unowned let customer: Customer //비소유 참조
    
    init(number: UInt64, customer: Customer) {
        self.number = number
        self.customer = customer
    }
}

var john: Customer? = Customer(name: "John Doe")
john!.card = CreditCard(number: 1234_5678_9012_3456, customer: john!)

john = nil // 여기서 Customer 인스턴스와 연관된 CreditCard 인스턴스도 함께 메모리에서 해제됩니다.

 

위의 경우엔 CreditCard의 인스턴스는 customer(john)이 nil로 할당되지 않을 때만 유효하고,  Customer 인스턴스가 nil이 된 후에 CreditCard를 호출하면 런타임 오류가 발생합니다.

 

 

 

weak VS unowned

• 보통 weak을 더 많이 사용
• weak 보다 unowned가 더 빠름.

 

[ let, var, optional, non-optional 사용 가능 ]

	let	var	optional	non-optional
strong	O	O	O	O
weak	X	O	O	X
unowned	O	O	O	O

 

이때, strong은 기본 변수 선언 시에 자동으로 선언되는 키워드입니다.