[iOS/Swift] 인스턴스의 순환 참조에 의한 메모리 누수

메모리 누수를 알고 계신가요?
뭉뚱그려 말하면, 말 그대로 메모리가 새고 있다는 말입니다,, 만!
정확히 말하면, 프로그램이 필요하지 않은 메모리를 점유하고 있는 현상을 말합니다.
즉 할당된 메모리에 대하여 더이상 쓰지 않으므로 메모리 해제를 해야 하는데, 이것이 제대로 이루어지지 않고 있는 것이죠.
메모리를 직접 건드는 일이 없어보이는 Swift에서도 메모리 누수가 발생할 수 있습니다!
어째서일까요?

0. 사건 발생

자, 여기 오브젝트 클래스가 있습니다. 다른 오브젝트를 애인으로 하는!
또한, 메모리 할당과 해제시에 오브젝트의 주소를 호출하는 클래스를 상속받고 있습니다.

class Object:AddressPrinter{
    var lover: Object?
}
class AddressPrinter{
    init(){
        print( "\(Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque()) \(type(of: self)) allocated")
    }
    deinit{
        print( "\(Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque()) \(type(of: self)) deallocated")
    }
}

이제 임의의 객체 kim과 lee를 생성하고, 서로를 애인으로 삼았다고 칩시다.

var kim:Object? = Object()
var lee:Object? = Object()

kim!.lover = lee
lee!.lover = kim

그리고 저는 이 오브젝트들을 더이상 쓰지 않고싶으므로 nil을 할당하면서 메모리에서 제거시킬겁니다.
어떤 일이 벌어질까요? 

서로 같은 클래스타입이라 이런일이 벌어지는 걸까요?
그렇다면 이번에는 kim과 lee를 서로 다른 클래스로 생성한 뒤, nil을 할당 해 보도록 하죠.

class Object:AddressPrinter{
    var lover: Subject?
}
class Subject:AddressPrinter{
    var lover: Object?
}
class AddressPrinter{
    init(){
        print( "\(Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque()) \(type(of: self)) allocated")
    }
    deinit{
        print( "\(Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque()) \(type(of: self)) deallocated")
    }
}

var kim:Object? = Object()
var lee:Subject? = Subject()

kim!.lover = lee
lee!.lover = kim

kim = nil
lee = nil

같은 클래스를 상속받고 있어서 그렇다구요? 적당히 하세요. 소스코드를 적어두었으니 직접 해보시는것을 권장합니다.
아무튼, 달라진것이 없군요.
모든 경우에, 할당은 되었는데 해제는 되지 않는 기묘한 상황이 벌어집니다.
해제가 되지 않았으니, kim과 lee가 어딘가에 남아있다는 뜻이겠죠?
하지만 저는 그 어디에서도 이녀석들에게 접근할 수 없습니다. 더 이상 쓰지 않는 녀석들인데, 어떻게 해야 완전히 해제시킬 수 있을까요?
이제 메모리를 직접 관리해야 하는 걸까요? Swift는 거짓말쟁이였던건가요...?

1. 원인 파악

Swift는 ARC라는 메모리 관리자가 메모리를 계속 쳐다보고 있습니다.
그리고 Swift에서 Class는 Reference타입으로, Value를 복사하는것이 하는 Reference를 복사합니다.
이해가 안되신다면, 여기에서 잘 설명하고 있습니다. 어쩌면 Swift를 다시 공부하시는게 도움이 될 수도 있습니다.

Swift에서는 A가 Reference타입이면, A를 어딘가로 복사할 때 값이 아닌 참조(메모리 주소)를 복사하여 넣어줍니다.
kim.lover = lee 에서 또다른 lee를 만들어 넣는것이 아닌, lee의 메모리 주소를 복사하여 넣는다는 말이죠.
(사실 lee조차도 어딘가의 메모리 주소를 담고 있답니다!)
이때 ARC는 lee의 주소가 복사될 때 마다 횟수를 세고, 복사된 변수가 해제될 때 마다 횟수를 차감합니다.
그리고 횟수가 0이 될 때, lee를 메모리에서 해제시켜 버리는것이죠.
Swift는 이 횟수를 참조 카운트(Reference count)라 하고, ARC는 참조 카운트를 세어 0이 될 때 메모리에서 객체를 해제시킵니다.

'순환참조'는 객체 A와 B에 대하여 A가 B를 참조하고 있고, B가 A를 참조하고 있을 때 발생합니다.
그리고 A와 B는 처음 어딘가 할당되었을 때 참조 카운트가 각각 1씩 증가하고, 서로를 참조할 때 다시 1씩 증가합니다.
그렇다면, A와 B가 참조되고 있는 모든 곳에 nil을 할당하면 메모리에서 사라지지 않겠습니까?

kim?.lover = nil
lee?.lover = nil
kim = nil
lee = nil

정답입니다! 이제 A를 사용하고 있는 모든 곳에 nil을 할당하면 이런일은 발생하지 않겠군요.
그런데 그것은 너무 번거로운 일 입니다. 차라리 복사할 때 참조 카운트를 세지 않게 하면 어떨까요?
이때 Swift의 키워드 'weak'이 등장합니다.

2. 해결

weak 키워드는 객체를 참조할 때 약한 참조로 참조하게 되고 다음 행동을 하도록 만듭니다.

1. 참조 카운트를 증가시키지 않습니다.
2. 참조하고 있는 객체가 메모리에서 해제될 때 nil을 할당합니다.

그럼 평소에 쓰는건 무슨 참조 일까요? 별다른 키워드가 붙지 않았다면, 그것은 강한 참조입니다.
자, 이제 object의 lover에 weak를 달아 약한 참조로 만들어 순환참조를 끊어보겠습니다.

class Object:AddressPrinter{
    weak var lover: Subject?
}

...

lee = nil

kim은 lee를 약한참조하고 있으니, lee에 nil을 할당하면 lee가 메모리에서 제거되겠죠?

lee가 잘 사라졌음을 알 수 있습니다.
여기서 제가 해매던 부분이 있는데요, 다음 코드와 그 주석을 봐 주시지요

var kim:Object? = Object() //kim의 참조횟수 1
var lee:Subject? = Subject() //lee의 참조횟수 1

kim?.lover = lee //kim의 참조횟수 1, lee의 참조횟수 1
lee?.lover = kim //kim의 참조횟수 2, lee의 참조횟수 1

lee = nil //lee의 참조횟수 0, kim의 참조횟수 2
kim = nil //kim의 참조횟수 1, lee의 참조횟수 0

분명 우리가 알기로는 kim의 참조횟수는 아직 남아있으므로 메모리에 남아있겠지요?
그런데 이 경우에도 kim은 해제가 됩니다

왜 일까요?
여기에서 잘 설명해주고 있는데, ARC는

어떤 인스턴스가 메모리에서 해제되었을 때
그 인스턴스의 프로퍼티가 다른 인스턴스의 프로퍼티를 가르키고 있다면
ARC는 가르키던 인스턴스 프로퍼티의 RC를 1 감소시킨다.

이걸 몰라서 참조카운트를 2시간동안 다시 세고있었다는,, ARC공부 다시해야겠습니다

이로써 서로를 참조하고 있던 클래스들은 정상적으로 메모리에서 제거되었습니다.
어느쪽에 weak를 달아야 할지 고민이시라면, 먼저 죽는쪽을 가리키는 프로퍼티에 weak를 다는것이 바람직한 방향입니다.
왜냐하면, nil이 될 수도 있을 가능성이 높은 곳을 참조하고 있으니까요!

이 외에도 unowned 참조, 클로저에서 발생하는 메모리 누수 등 메모리 관리에 대한 이야기는 더 남았습니다.
그러므로 다른 포스팅에서 또 만나요!

 

참고한 글

Swift 공식 한글문서

자동 참조 카운팅 (Automatic Reference Counting) | Swift

소돌이님 블로그

iOS) 메모리 관리 (1/3) - ARC(Automatic Reference Counting)

벼리네님 블로그(직접 그린 그림으로 설명해주셔서 감동적이었음)

[문과 코린이의 IT 기록장] IOS Swift - 메모리 관리 / 메모리 참조 방법 (weak / strong / unowned)