[iOS/Swift] 메모리 누수가 발생하는 원인과 해결방안(Strong, weak, unowned)

지난 포스팅에서 예고한 [메모리 누수]에 대한 내용을 다뤄볼까 합니다.

 

다만, 이번 포스팅에서는 탈출 클로저가 아닌

일반적인 예시 코드를 통해

• 정상적인 ARC 작동과정
• 메모리 누수 발생 (Memory leak)
• 해결 방법

위 3가지 순서로

미처 다루지 못한 메모리 누수의 원인과 해결과정을 살펴볼 예정입니다.

 

 

 

---

 

 

 

메모리 누수(Memory leak)와 3가지 참조유형

순환 참조(Retain Cycle)로 인하여 Reference Count가 0으로 수렴하지 않아 발생하는 문제

 

본론으로 들어가기에 앞서, 메모리 누수(Memory leak)에 대해 살펴볼까요?

 

그 전에,

CS 내용 중, ARC 동작 방식에 대한 사전지식이 필요하겠지요.

 

 

메모리 누수(Memory leak)란?

• 둘 이상의 객체간의 강한 상호참조 관계인 '순환 참조'로 인해 발생하는 이슈입니다. 
  • Swift는 ARC를 통해 자동으로 메모리 할당&해제 과정을 수행합니다.
  • 하지만, 객체간의 강한 연결고리로 인해 메모리가 해제되지 않는 경우도 발생합니다.

 

어떻게 해결하나요?

• 객체를 정의하는 레퍼런스(참조)의 유형을 변경함으로서 해결할 수 있습니다!
  • 메모리에 할당되는 객체는, 아래와 같이 크게 3가지 참조유형으로 구분됩니다. 
  • 객체를 선언할 시, 아무런 키워드가 없다면 일반적으로 strong(강한 참조)입니다.

 

1️⃣ strong (강한 참조)

- 참조하는 인스턴스의 RC를 증가시키는 일반적인 참조 유형
- RC가 0이 될 경우, 메모리 상에서 해제됨
- 순환 참조가 발생할 경우, 메모리 누수가 발생할 수 있음

 

2️⃣ weak (약한 참조)

- 객체의 소유권을 가지지 않고, 주소값만을 가진 Pointer
- 참조하는 객체의 RC를 증가시키지 않음 (메모리 상에 weak 유형만 남아있다면, 객체는 메모리를 해제)
- 참조하는 객체가 메모리가 해제될 경우, 자동으로 nil값이 할당됨 (해당 객체는 반드시 optional 타입)

 

3️⃣ unowned (미 소유 참조)

- 객체의 소유권을 가지지 않지만, 항상 값이 있음을 가정함 (즉, optional 타입이 아님)
- 참조하는 인스턴스의 RC를 증가시키지 않음
- 참조하는 객체가 메모리에서 해제되어도 댕글링 포인터가 존재함 (해당 포인터를 참조 시, Error 발생)

* 댕글링 포인터(Dangling pointer) : 객체가 해제되어도, 할당되지 않는 공간을 가르키는 포인터

 

• 결과적으로, 적절한 참조 유형을 활용함으로서 순환참조에 의한 메모리 누수를 해결할 수 있습니다!
  • 일반적으로 [weak 참조 유형]이 메모리 누수 문제를 해결하기 위하여 활용됩니다.
    (unowned 참조 유형의 경우, 객체의 Life Cycle이 명확할 경우에 한하여 사용합니다)

 

 

---

 

 

예시와 함께 살펴보는 메모리 누수 해결 과정

weak 참조 유형을 객체와 함께 활용하여 순환참조 및 메모리 누수를 해결해보자

 

더 길어지기 전에, 메모리 누수 과정과 weak 참조 유형을 활용하는 과정을

아래 예시와 함께 다루도록 하겠습니다.

 

Canis(개, 늑대 등이 속한 종) 클래스가 있습니다.
인스턴스 클래스가 생성되고, 해제될 때 마다 RC가 변화는 상황을 살펴보고자 합니다.

 

 

 

정상적인 ARC 작동과정

• Canis 클래스 내부에는 RC를 확인할 수 있는 정적 변수 countRC가 존재합니다.
  • init 메서드를 통해 새로운 클래스 인스턴스가 생성될 시, RC를 1만큼 증가시킵니다.
  • deinit 메서드를 통해 해당 클래스 인스턴스가 nil값으로 해제될 시, RC를 감소시킵니다.
• ARC 과정에 따라 doggy, wolf 클래스 인스턴스는 자동으로 할당/해제됩니다.  

class Canis {

    // RC 할당&해제를 살펴보기 위한 정적 변수
    static var countRC: Int = 0

    init() {
        Canis.countRC += 1 // RC 증가
        print("메모리에 할당되었습니다. 현재 RC는? : \(Canis.countARC)")
    }

    deinit {
        Canis.countRC -= 1 // RC 감소
        print("메모리에서 해제되었습니다. 현재 RC는? :  \(Canis.countARC)")
    }
}

var doggy: Canis? = Canis() // 메모리에 할당되었습니다. 현재 RC는? : 1
var wolf: Canis? = Canis() // 메모리에 할당되었습니다. 현재 RC는? : 2

doggy = nil // 메모리에서 해제되었습니다. 현재 RC는? :  1
wolf = nil // 메모리에서 해제되었습니다. 현재 RC는? :  0

 

 

---

 

 

메모리 누수(Memory leak) 발생

• 이번엔, species란 Canis 클래스 타입의 프로퍼티를 내부에 선언합니다.
  • 이후, doggy, wolf란 명칭의 클래스 인스턴스를 선언합니다.
  • 2개의 클래스 인스턴스를 생성했으므로, 메모리 상 RC가 +2 증가합니다.
• 각각의 클래스 인스턴스의 species 프로퍼티의 값으로 교차된 클래스 인스턴스를 할당합니다.
  • 할당한 후, 각각의 클래스 인스턴스에 nil을 할당하여 메모리를 해제하고자 합니다.
  • 하지만, deinit 로그가 출력되지 않습니다! (메모리 누수)

class Canis {

    // RC 할당&해제를 살펴보기 위한 정적 변수
    static var countRC: Int = 0

    var species: Canis?

    init() {
        Canis.countRC += 1 // RC 증가
        print("메모리에 할당되었습니다. \(Canis.countARC)")
    }

    deinit {
        Canis.countRC -= 1 // RC 증가
        print("메모리에서 해제되었습니다. \(Canis.countARC)")
    }
}

var doggy: Canis? = Canis() // Doggy 인스턴스가 메모리에 할당되었습니다. 1
var wolf: Canis? = Canis() // Doggy 인스턴스가 메모리에 할당되었습니다. 2

doggy?.species = wolf // 메모리에 할당되었습니다. 1
wolf?.species = doggy // 메모리에 할당되었습니다. 2


// 여기서, 각각의 인스턴스 객체에 nil을 할당하였지만, 해제 로그가 발생하지 않음
doggy = nil // ?
wolf = nil // ?

 

• 이유는 즉, doggy와 wolf의 프로퍼티인 species가 상호 참조하고 있기 때문입니다.
  • 클래스 인스턴스는 nil값이 되었으나, Heap에 남아있는 프로퍼티간의 참조는 존재합니다.
  • 결과적으로 RC값이 0이 되질 않는, 순환 참조로 인한 메모리 누수 문제가 발생합니다.

doggy, wolf 인스턴스에 nil이 할당됨으로서, 참조값에 대한 접근이 불가능함

 

 

 

---

 

 

 

해결방법(with. weak 참조유형)

• 메모리 누수는 결국 객체(프로퍼티)간의 강한 참조로 인해 발생합니다.
  • 참조하는 객체가 메모리 상 해제될 때 RC값을 감소시켜야 하므로,
    3가지 유형 중, weak 참조유형을 활용합니다.
  • Canis 클래스 내부에 위치한 species 변수 앞에 weak 키워드를 작성합니다.
• 그 결과, 정상적으로 메모리 해제 과정이 진행됩니다.

class Canis {

    // RC 할당&해제를 살펴보기 위한 정적 변수
    static var countRC: Int = 0

    weak var species: Canis?

    init() {
        Canis.countRC += 1 // RC 증가
        print("메모리에 할당되었습니다. \(Canis.countARC)")
    }

    deinit {
        Canis.countRC -= 1 // RC 증가
        print("메모리에서 해제되었습니다. \(Canis.countARC)")
    }
}

var doggy: Canis? = Canis() // Doggy 인스턴스가 메모리에 할당되었습니다. 1
var wolf: Canis? = Canis() // Doggy 인스턴스가 메모리에 할당되었습니다. 2

doggy?.species = wolf // 메모리에 할당되었습니다. 1
wolf?.species = doggy // 메모리에 할당되었습니다. 2


// 해제 로그 또한 정상적으로 작동한다.
doggy = nil // 메모리에서 해제되었습니다. 1
wolf = nil // 메모리에서 해제되었습니다. 0

 

---

 

순환 참조, 메모리 누수에 이어

이를 해결하는 방안의 일환으로 살펴본 3가지 객체 참조 유형까지 살펴보았습니다.

 

다음 포스팅에서는 실제 프로젝트를 통해

클로저를 사용할때 발생하는 메모리 누수를 다뤄보도록 하겠습니다.