[Swift] ARC (1); ARC의 개념, Retain Count

오늘은 ARC에 대해 글을 작성해보려한다.

iOS 공부를 하면서 들어보기는 많이 들어봤는데,, 이제서야 공부를 하는규나

📎 ARC (Auto Reference Counting)

이런 개념 용어들은 언제나 그렇듯 이름에 모든 것이,,!

말 그대로 '자동 참조 카운팅'이다.

한 단어씩 보면, 우선 참조를 카운팅하는 이유는 뭘까? 👉 메모리 관리를 위함일듯

그럼 그 메모리 관리를 자동으로 한다? 👉 편리하게, 오류를 적게! 하기 위함일듯

 

이렇게 이름에서 알 수 있듯

ARC는 효과적으로 메모리 관리를 할 수 있게 해주는 도구이다.

 

+ 메모리 관리를 수행하는 이유는 무엇일까?
앱의 성능을 유지하기 위해서는 메모리 관리가 기본인데,
메모리라고 하면 크게 스택 영역,  힙 영역 등이 있다.
이 중 스택 메모리에 저장된 데이터는 value 타입으로, 특별한 관리가 없어도 괜찮다. (자동으로 제거됨)

그러나 힙 메모리에 저장된 데이터는 reference 타입이므로, 개발자가 동적으로 관리해주어야한다.
(참조 타입의 경우 인스턴스가 참조를 통해 여러 곳에서 접근하므로 언제 메모리가 해제되는지 매우 중요!
적절한 시점에 해제되지 않으면 한정적인 메모리 자원을 낭비하게 되고, 성능 저하로 이어지기 때문이다.)

👉 따라서 힙에 저장된 데이터를 관리할 도구가 필요하고, 
효과적인 메모리 관리를 수행하기 위해 ARC를 이용하는 것이다.

 

그럼 이제 ARC의 메모리 관리 방식에 대해 알아보자!

---

📌 MRC -> ARC

ARC를 공부하는 분들이라면 무조건 MRC라는 것도 접하게 됐을텐데,,

둘은 아주 밀접한 연관이 있기에.! 같이 한 번 알아보자.
MRC는 예전에 Objective-C에서 사용하던 수동 메모리 관리 도구이다.

 

1) MRC는 Manual Reference Counting의 약자로,

개발자가 직접 retain과 release를 호출하며 메모리를 관리하는 코드를 작성해야한다.

따라서 코드 양이 많아지고, 메모리 오류 가능성이 높아지게 되어 프로그램 안정성이 낮아진다.

 

2) ARC에 의해 이러한 문제를 극복할 수 있게 되었다. ARC는 Xcode4와 함께 등장했는데,

Auto Reference Counting이라는 이름에 걸맞게 컴파일러가 자동으로 메모리 관리 코드를 넣어준다.

따라서 코드도 훨씬 짧아지고, 자연스럽게 프로그램의 안정성을 높일 수 있게 되었다.

 

하지만 여기서 잠깐,,

대충 수동으로 어렵게 메모리 관리 하던 MRC에서

자동으로 쉽고 퀄리티 높게 메모리 관리 해주는 ARC로 넘어왔다는건 알겠다.

 

근데 retain, release를 호출한다,,? 😰

이걸 먼저 짚고 넘어가야겠다.

---

📌 retain, release

각 단어의 의미를 살펴보자.

 

👉 retain

객체의 reference count(retain count)를 증가시킨다.

객체가 메모리에서 해제되지 않도록 이 함수를 호출하여 카운트를 증가시키는것.!

 

👉 release

객체의 reference count(retain count)를 감소시킨다.

객체를 더이상 필요로 하지 않을 때 이 함수를 호출하여 카운트를 감소시키는 것.!

 

이렇게 ARC는 retain, release의 호출을 통해 메모리 관리를 수행하는 것이고,

이러한 메모리 관리 방법을 Reference Counting(Retain Counting)이라고 한다.💥

---

📎 레퍼런스 카운팅 (Reference Counting)

위에서 말했듯 단순히 생각하면 레퍼런스 카운트를 증감시키는 일이지만

조금 더 자세하게..! 보자면 다음과 같이 정의할 수 있다.

'compile time에 자동으로 retain, release를 적절한 위치에 삽입하는 방식'

 

위의 정의를 뒷받침하기 위해 간단히 그림을 그렸다.

compile time과 run time으로 나눠서 표현했는데

1) compile time에는 코드를 분석하고 예측하여 적절한 위치에 retain, release를 삽입해준다.

2) run time에 삽입된 코드가 실행되면서 retain, release에 의해 reference count를 증감하고

count가 0이 되었을 때 메모리에서 제거하는 것!

 

+ 여기서 우리는
' 코드를 보고 예측하는게 어떻게 가능한지, 그리고 정확한 예측이 가능한지? '
이런 궁금증을 가질 수 있다.

이 코드 예측에 대한 부분은
자바 등 다른 프로그래밍 언어에서 사용되는 메모리 관리 기법인 가비지 컬렉션과의 차이점이기도 하다.

1) 가비지 컬렉션은 명확한 규칙이 없기에 예측이 어렵고, 프로그램 동작 중에 해제 시점을 결정한다.
: 복잡한 상황에서도 인스턴스를 해제할 수 있는 가능성이 높다.
하지만 메모리 감시를 위한 추가 자원이 필요하므로 성능 저하가 발생할 가능성이 있고,
인스턴스가 언제 정확히 메모리에서 해제되는지 알 수 없다.

2) ARC는 명확한 규칙을 가지고 컴파일 시 인스턴스 해제 시점을 미리 예측하여 결정한다.
: 메모리 관리를 위한 시스템 자원을 추가할 필요가 없다는게 장점이다.
하지만 ARC의 작동 규칙을 모르고 사용하면 인스턴스의 해제가 제대로 이루어지지 않을 수 있다.

이렇게 ARC는 컴파일과 동시에 인스턴스를 메모리에서 해제하는 시점을 결정하므로,
우리가 원하는 방향으로 메모리 관리가 이루어지게 하려면 명확한 힌트를 제공해야한다.

제대로 힌트를 주지 않으면 아직 더 사용해야 하는 인스턴스를 메모리에서 해제시켜버릴 수도 있다.
그렇게 되면 인스턴스와 관련된 프로퍼티에 접근하거나 인스턴스의 메서드를 호출하지 못하는 상황이 생길 수 있고,
인스턴스에 강제로 접근하려고 하다가 잘못된 메모리 접근으로 인해 프로프그램의 강제종료가 발생할 가능성이 있다.

👉 적절하지 않게 인스턴스가 해제되지 않기 위해서는
다른 인스턴스의 프로퍼티나 변수, 상수 등이 인스턴스를 참조하고 있어야한다.
그런 상황은 ARC가 해당 인스턴스를 해제하지 않고 유지해야 하는 명분이 되기 때문이다.
인스턴스를 메모리에 유지시키려면 이렇게 명분을 ARC에 제공해야하며, 이게 바로 위에서 말한 힌트를 뜻한다.

/* 인스턴스가 언제 메모리에서 해제되어야 할 지 예측할 수 있도록 ARC에 적용되는 몇 가지 규칙이 있다.
크게 강한 참조, 약한 참조, 미소유 참조로 나눌 수 있는데,
이 규칙들, 그리고 규칙을 제대로 알지 못했을 때의 문제점과 해결방안에 대해서는 다음 글에서! 다루도록 하겠다. */

 

이론을 공부했으니 위 내용을 바탕으로,,

조금 더 완벽한 이해를 위해 코드로 확인해보자!

---

📌 ARC 동작 구현

위에서 그린 그림을 바탕으로, ARC의 동작을 보여주는 코드를 간단히 작성해봤다.

(스위프트 공식 문서 기반)

import Foundation

class ARC_Example {
    let message: String
    init(message: String) {
        self.message = message
        print("\(message) is being initialized")
    }
    deinit {
        print("\(message) is being deinitialized")
    }
}

// ARC_Example 클래스 타입을 갖는 레퍼런스 변수 2개 A, B
var A: ARC_Example?
var B: ARC_Example?

A = ARC_Example(message: "ARC 동작 코드")
// Prints "ARC 동작 코드 is being initialized"
B = A

A = nil
B = nil
// Prints "ARC 동작 코드 is being initialized"

ARC_Example 이라는 클래스를 하나 선언했고,

클래스의 인스턴스가 생성될 때와 해제될 때 print로 로그를 찍게 구현했다.

 

ARC_Example 클래스 타입을 갖는 레퍼런스 변수로 각각 A, B를 선언했고, 

A에 ARC_Example 인스턴스를 참조하도록 한 후 B가 A를 참조하게 했다.

=> A, B 모두 ARC_Example 인스턴스를 참조하게 되고,

ARC_Example 인스턴스에 대한 레퍼런스 카운트는 2가 된다.

 

그리고 차례대로 참조를 해제하는데,

먼저 A에 nil을 할당하여 참조를 해제했다. 레퍼런스 카운트는 2에서 1을 감소시켜서 1이 된다.

그 다음으로 B의 참조를 해제했는데 이 때 레퍼런스 카운트는 0이 되어

ARC는 ARC_Example 클래스 인스턴스는 deinit 메서드가 호출, 소멸된다.

(클래스 인스턴스가 더이상 참조할 필요가 없어져 메모리에서 해제되는 과정을 소멸이라고 한다.

클래스 내부에 deinit 메서드를 구현해주면 소멸되기 직전 deinit 메서드가 호출된다.

디이니셜라이저는 클래스당 하나만 구현 가능하며 매개변수와 반환값을 가지지 않는다.)

 

위의 실행 결과 로그는 아래와 같다.

---

🌟 정리

ARC는 retain, release를 통해 적절한 때에 retain count의 증감을

자동으로 수행해줌으로써 더 편리하고 효과적으로 메모리관리를 수행해주는 도구이다.

 

+ 추가!

Retain Cycle, 강한참조, 약한참조, 그리고 미소유참조에 대해서는 다음 글을 참고해주세용

2021.10.04 - [📍 Swift Note/📋 개념 정리] - [Swift] ARC (2); 메모리 누수, Retain Cycle

[Swift] ARC (2); 메모리 누수, Retain Cycle

 

---

참고

• 📖 스위프트 프로그래밍
• https://thoonk.tistory.com/62?category=901054
• https://onelife2live.tistory.com/10
• https://mildwhale.tistory.com/27
• https://sujinnaljin.medium.com/ios-arc-%EB%BF%8C%EC%8B%9C%EA%B8%B0-9b3e5dc23814
• https://jusung.gitbook.io/the-swift-language-guide/language-guide/23-automatic-reference-counting