30. 스파르타 코딩 클럽 - 메모리 관리 이해

 메모리와 디스크 기본 개념

메모리와 디스크는 모두 컴퓨터나 스마트폰에서 데이터의 저장 및 처리를 담당하지만 목적과 특성이 다르다.

 

▪️ 메모리

• 일반적으로 RAM을 말하는 경우가 많다.
• 맥북에서도 몇 GB 짜리 RAM을 사용하는지 볼 수 있다.
• RAM 은 휘발성 메모리이다. 즉, 데이터를 영구적으로 저장하지 않는다. 일시적인 저장에 사용한다.→ 앱도 결국 데이터 덩어리이기 때문에, 실행을 시키면 메모리에 올라간다.→ RAM의 용량이 클수록, 동시에 실행시킬 수 있는 앱의 총량이 높아진다고 생각할 수 있다.
• → 그렇기 때문에 메모리에 저장된 데이터는 앱이 메모리에서 내려올 때 같이 내려오게 되는 것.
• → 앱 실행중에 메모리에 저장된 데이터들은 앱을 종료하면 함께 삭제된다. (휘발된다)
• 디스크보다 속도가 빠르다. (CPU 가 디스크보다 메모리에 더 빨리 접근할 수 있다.)
• 디스크에 비해 용량이 작다. (보통 8GB, 16GB, 32GB)
• EEPROM과 같은 비휘발성 메모리도 있다. 아이폰은 이곳에 장치의 일련번호 및 하드웨어 정보를 저장한다. 

▪️ 디스크

• 영구적인 데이터를 저장하는 곳. 비휘발성 장치.
• → 앱 실행중에 디스크에 저장된 데이터들은 앱을 종료해도 디스크에 남는다.
• 파일, 문서, 프로그램 등 상대적으로 용량이 큰 정보들을 담을 수 있다.
• 메모리에 비해 속도가 느리다.
• UserDefaults, CoreData를 활용해서 디스크에 데이터를 저장할 수 있다. 

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 Reference Counting

Swift의 메모리 관리 시스템의 핵심이 되는 개념인 Reference Counting(RC)에 대해 공부합니다.

 

메모리를 할당 받은 객체를 인스턴스라고 합니다.

예를 들어 아래 코드에서 myClass는 인스턴스가 된 것이죠.

class MyClass {}

// 메모리를 할당받음. 인스턴스.
let myClass = MyClass()

 

인스턴스는 하나 이상의 참조자(소유자=owner) 가 있어야 메모리에 유지가 됩니다. 소유자가 없다면 즉시 메모리에서 제거가 됩니다. 이때 인스턴스를 참조하고 있는 소유자의 개수를 reference count 라고 합니다.

reference count > 0 이면 메모리에 살아있고, reference count = 0 이면 메모리에서 삭제됩니다.

그렇기 때문에, 더 이상 사용하지 않을 인스턴스의 reference coutn 가 0보다 크지 않도록 주의를 해야 합니다.

 

class MyClass {
    init() {
        print("MyClass 생성")
    }
    deinit {
        print("MyClass 소멸")
    }
}

// RC = 1
var myClass: MyClass? = MyClass()

// RC = 2
var myClass2 = myClass

// RC = 2-1 = 1
myClass = nil

// RC = 1-1 = 0
myClass2 = nil

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 ARC와 MRC

🧑🏻‍💻 ARC와 MRC의 개념을 공부해봅시다.

• ARC = Automatic Reference Counting
• MRC = Manual Reference Counting
• ARC
  • ARC는 Swift 의 메모리 관리 시스템. Java 에 GC 가 있다면 Swift 에는 ARC 가 있음.
  • Reference Count 를 자동으로 계산. (Automatic)
    • 객체가 생성될 때 RC 가 1 로 설정
    • 객체가 다른 변수나 속성에 할당되어 참조될때마다 RC 가 1 씩 증가
    • 객체에 대한 참조가 해제될때마다 RC 가 감소
    • RC 0 이 되면 더 이상 사용되지 않는 것으로 간주되어 메모리에서 해제.
• MRC
  • MRC 는 Objective-C 에서 사용하는 메모리 관리 시스템.
  • Reference Count 를 개발자가 코드로 직접 계산. (Manual)
    • 객체가 생성될때 개발자가 명시적으로 메모리 할당
    • 객체를 다른 변수나 속성에 할당되어 참조될때마다 개발자가 명시적으로 RC 증가
    • 객체에 대한 참조가 해제될때마다 개발자가 명시적으로 RC 감소
    • RC 가 0 이되면 개발자가 명시적으로 메모리에서 해제.

🙋🏻‍♂️ 그렇다면 ARC는 자동으로 RC 카운트를 해서 메모리 관리를 해주는 좋은 시스템이니, 개발자는 메모리 관리에 대해 신경 쓰지 않아도 되나요?

→ 그렇지 않습니다. ARC로 잡아내지 못하는 메모리 누수 상황이 발생할 수 있기 때문에, 개발자는 메모리 관리 방법을 반드시 알아야 합니다.

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약참조와 강참조

🧑🏻‍💻 약참조와 강참조의 개념에 대해 공부해봅시다.

• 약참조
  • Reference Count를 증가시키지 않으면서 참조하는 것.
  • weak 키워드를 붙여서 약참조를 할 수 있다.
• 강참조
  • Reference Count 를 증가시키면서 참조하는 것.
  • 일반적인 참조 방식을 말한다.

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클로저의 캡처링 개념

🧑🏻‍💻 Swift의 클로저 안에서 값을 사용하는 방법 중에는 캡처링 이 있습니다.

class Adam {
    let mbti = "ENTJ"
    init() {
        print("클래스 생성")
    }
    deinit {
        print("클래스 소멸")
    }
}

// adam rc = 1
var adam: Adam? = Adam()

// 클로저 내부에서 adam 캡처. rc 1 증가. adam rc = 2
let printMbti: () -> () = { [adam] in
    guard let adam else { return }
    print("adam's mbti = \(adam.mbti)")
}

printMbti()

// adam rc = 2-1 = 1
adam = nil

 

printMbti라는 클로저를 선언했고, 클로저 내부에서 클로저 외부의 adam이라는 객체를 가져다 쓰고 싶으면 값을 캡처해야 합니다.

이때 [ ]로 감싸면 값을 캡처링해서 클로저 내부에서 사용할 수 있게 됩니다.

 

🌟 클로저 내부에서 클래스의 값을 캡처하면, Reference Count 가 증가합니다.

 

위 예시를 따라 해보면 adam의 deinit 소멸자가 호출되지 않습니다. 클로저에서 값을 캡처해 rc 가 증가했기 때문입니다.

위 코드를 개선해서, 메모리 누수가 발생하지 않는 상황을 만들려면 다음과 같이 코드를 작성해야 합니다.

 

class Adam {
    let mbti = "ENTJ"
    init() {
        print("클래스 생성")
    }
    deinit {
        print("클래스 소멸")
    }
}

// adam rc = 1
var adam: Adam? = Adam()

// 클로저 내부에서 adam 캡처.
// weak 참조 했으므로 rc 가 증가하지 않음. adam rc = 1
let printMbti: () -> () = { [weak adam] in
    guard let adam else { return }
    print("adam's mbti = \(adam.mbti)")
}

printMbti()

// adam rc = 1-1 = 0
adam = nil

 

위 코드를 따라서 실행해 보면, 메모리가 해제되고 deinit ”클래스 소멸” 이 호출되는 것을 확인할 수 있습니다.

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순환 참조 (Circular Reference)

🧑🏻‍💻 순환 참조

A 가 B를 참조하고 (A→B),

B 가 A를 참조해서 (B→A), 서로가 서로를 참조하는 상황을 순환 참조라고 합니다.

일반적으로 순환 참조는 메모리 누수를 발생시키는 대표적인 사례입니다.

아래 예시를 보고 순환 참조 개념을 이해해 봅시다.

 

class Person {
    var pet: Dog?
    init() {
        print("Person 클래스 생성")
    }
    deinit {
        print("Person 클래스 소멸")
    }
}

class Dog {
    var owner: Person?
    init() {
        print("Dog 클래스 생성")
    }
    deinit {
        print("Dog 클래스 소멸")
    }
}

// person rc = 1
var person: Person? = Person()
// dog rc = 1
var dog: Dog? = Dog()

// dog rc = 2
person?.pet = dog
// person rc = 2
dog?.owner = person

// person rc = 1
person = nil
// dog rc = 1
dog = nil

 

→ 따라서, 개발자는 개발할 때 순환참조가 발생하는 상황이 아닌지 점검할 줄 알아야 합니다.