[Swift] ARC

ARC (Automatic Reference Counting)

ARC는 Swift에서 참조 타입(클래스 인스턴스)의 메모리 관리를 자동으로 처리하는 메커니즘.

런타임 시 객체의 참조 횟수를 추적하여 객체가 더 이상 사용되지 않을 때 메모리를 해제하는 방식으로 메모리 누수 방지.

Swift에서는 개발자가 직접 메모리를 관리하지 않고, ARC가 자동으로 메모리 해제를 처리해주기 때문에 메모리 관리가 간편.

그러나 참조 사이클과 같은 메모리 누수를 유발할 수 있는 문제를 이해하고 적절히 해결해야 함.

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1. ARC 작동 방식

ARC는 객체가 생성될 때 그 객체를 참조하는 참조 카운트(reference count)를 증가시키고, 더 이상 참조되지 않으면 감소시킴.

참조 카운트가 0이 되면 ARC는 해당 객체를 메모리에서 해제.

1.1. 기본적인 ARC 동작 예시

class Person {
    let name: String

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

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

var person1: Person? = Person(name: "Alice")
var person2: Person? = person1 // 참조 카운트 증가

person1 = nil // 참조 카운트 감소, 하지만 person2가 참조 중
person2 = nil // 참조 카운트 0, 메모리에서 해제

• person1이 Person 인스턴스를 참조하면서 참조 카운트 1 증가.
• person2가 같은 인스턴스를 참조하여 참조 카운트가 2로 증가.
• person1이 nil이 되면서 참조 카운트가 1로 감소하고, person2가 nil이 되면서 참조 카운트가 0이 되어 메모리에서 해제.

1.2. deinit 메소드

• deinit은 객체가 메모리에서 해제될 때 호출되는 소멸자.
  • 메모리 해제 시점에 특정 작업을 수행해야 할 때 이 메소드를 사용.

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2. 참조 종류

ARC에서는 강한 참조, 약한 참조, 그리고 미소유 참조(unowned reference)라는 세 가지 참조 방식이 존재함.

이 참조 방식은 참조 사이클을 방지하는 데 중요한 역할.

2.1. 강한 참조 (Strong Reference)

• 기본 참조 방식이며, 참조하는 동안 객체의 참조 카운트를 증가시킴.
• 강한 참조는 객체가 해제되지 않도록 보호하므로, 참조 카운트를 0으로 만드는 데 영향을 미침.

class Person {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

var person1 = Person(name: "John") // 참조 카운트 1
var person2 = person1 // 참조 카운트 2

2.2. 약한 참조 (Weak Reference)

• 약한 참조(weak)는 참조 카운트를 증가시키지 않고, 객체가 해제되면 자동으로 nil로 설정.
• 순환 참조(circular reference) 문제를 해결하기 위해 주로 사용.

class Person {
    let name: String
    var friend: Person?

    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

var person1: Person? = Person(name: "John")
var person2: Person? = Person(name: "Alice")

person1?.friend = person2
person2?.friend = person1 // 순환 참조 발생

• person1과 person2가 서로를 참조하는 순환 참조 문제 발생.
• 이를 해결하기 위해 약한 참조를 사용.

class Person {
    let name: String
    weak var friend: Person? // 약한 참조 사용

    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

var person1: Person? = Person(name: "John")
var person2: Person? = Person(name: "Alice")

person1?.friend = person2
person2?.friend = person1 // 순환 참조 해결

• 약한 참조는 참조 카운트를 증가시키지 않으며, 참조하던 객체가 해제되면 자동으로 nil로 설정.

2.3. 미소유 참조 (Unowned Reference)

• 미소유 참조(unowned)는 참조 카운트를 증가시키지 않지만, 객체가 해제된 후에도 nil로 설정되지 않으며, 해제된 후에 접근하면 런타임 오류 발생.
• 미소유 참조는 참조 대상이 항상 해제되지 않음을 보장할 때 사용.
  • 예를 들어, 상위 객체가 하위 객체를 참조할 때 하위 객체가 상위 객체보다 오래 생존하지 않을 경우 사용할 수 있음.

class Customer {
    let name: String
    var card: CreditCard?

    init(name: String) {
        self.name = name
    }

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

class CreditCard {
    let number: Int
    unowned let customer: Customer // 미소유 참조

    init(number: Int, customer: Customer) {
        self.number = number
        self.customer = customer
    }

    deinit {
        print("Card \\\\(number) is being deinitialized")
    }
}

var john: Customer? = Customer(name: "John")
john?.card = CreditCard(number: 1234, customer: john!)
john = nil // Customer와 CreditCard 모두 해제됨

• CreditCard는 고객(Customer)의 정보를 미소유 참조(unowned).
• 고객이 해제되면 카드도 함께 해제되므로 참조 사이클이 발생하지 않음.

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3. ARC와 순환 참조 (Retain Cycle)

3.1. 순환 참조란?

순환 참조는 두 객체가 서로를 강하게 참조하여, 참조 카운트가 0이 되지 않는 상황.

이때 ARC는 두 객체가 참조되고 있다고 판단하여 메모리를 해제하지 않으며, 이는 메모리 누수를 초래할 수 있음

3.2. 순환 참조 해결 방법

순환 참조 문제를 해결하기 위해선 약한 참조(weak) 또는 미소유 참조(unowned)를 사용.

이러한 참조는 참조 카운트를 증가시키지 않으므로, 메모리 누수를 방지할 수 있음.

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4. ARC의 동작 요약

1. 객체가 생성될 때, 참조 카운트가 1로 설정.
2. 새로운 변수가 객체를 참조하면 참조 카운트가 증가.
3. 변수가 더 이상 객체를 참조하지 않으면 참조 카운트가 감소.
4. 참조 카운트가 0이 되면 ARC가 자동으로 메모리를 해제.
5. 순환 참조를 방지하기 위해 약한 참조(weak)나 미소유 참조(unowned)를 사용하는 것이 좋음.

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5. ARC와 성능

• 자동 메모리 관리
  • ARC는 개발자가 직접 메모리를 해제할 필요 없이, 참조 카운트를 기반으로 객체가 더는 사용되지 않으면 자동으로 메모리 해제.
  • 이는 코드의 안정성과 성능을 높임.
• 낮은 오버헤드
  • ARC는 런타임 성능에 미치는 오버헤드가 적으며, 메모리 관리를 효율적으로 처리.
  • 단, 순환 참조 문제가 발생하면 메모리 누수가 발생할 수 있으므로 주의해야 함.

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6. 정리

ARC는 참조 타입의 메모리를 자동으로 관리해주는 메커니즘으로, 개발자가 직접 메모리 관리를 할 필요 없이 객체의 생명 주기를 관리.

ARC는 참조 카운트를 기반으로 메모리 해제를 처리하며, 순환 참조 문제를 방지하기 위해 약한 참조(weak)와 미소유 참조(unowned)를 사용해야 함.

• 강한 참조는 객체의 참조 카운트를 증가시켜 메모리를 유지.
• 약한 참조는 참조 카운트를 증가시키지 않으며, 참조된 객체가 해제되면 자동으로 nil로 설정.
• 미소유 참조는 참조 카운트를 증가시키지 않지만, 참조된 객체가 해제된 후에도 nil로 설정되지 않음.