Swift에서 메모리 관리: ARC의 이해 🚀

안녕하세요, 여러분! 오늘은 Swift의 메모리 관리 시스템인 ARC(Automatic Reference Counting)에 대해 깊이 파헤쳐볼 거예요. 이 주제가 좀 어렵게 느껴질 수 있지만, 걱정 마세요! 제가 최대한 쉽고 재미있게 설명해드릴게요. 마치 카톡으로 친구와 대화하듯이 말이죠. ㅋㅋㅋ

그럼 시작해볼까요? 🎬

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ARC란 뭐야? 🤔

ARC는 "Automatic Reference Counting"의 약자예요. 이름만 들어도 뭔가 자동으로 뭔가를 세는 것 같죠? 맞아요! ARC는 Swift에서 메모리를 관리하는 시스템이에요. 쉽게 말해서, 우리가 만든 객체들이 메모리에서 얼마나 많이 참조되고 있는지 자동으로 세어주는 거죠.

근데 왜 이런 걸 하는 걸까요? 🧐

메모리 관리는 프로그래밍에서 정말 중요해요. 메모리를 제대로 관리하지 않으면 앱이 느려지거나 심지어 크래시가 날 수도 있거든요.

옛날에는 프로그래머가 직접 메모리를 할당하고 해제하는 작업을 했어요. 근데 이게 진짜 힘들고 실수하기 쉬운 일이었죠. 그래서 애플은 "야, 이거 우리가 자동으로 해주면 어떨까?" 하고 ARC를 만들었어요. 대박 아이디어죠? 👏

ARC는 어떻게 작동하는 걸까? 🕹️

자, 이제 ARC의 작동 원리를 알아볼 차례예요. 이해하기 쉽게 비유를 들어볼게요.

여러분, 인스타그램 하시죠? 팔로워 수 아시잖아요. ARC도 비슷해요. 객체마다 '팔로워 수'처럼 참조 카운트가 있어요. 누군가가 그 객체를 사용하면 카운트가 올라가고, 더 이상 사용하지 않으면 카운트가 내려가요.

그리고 이 카운트가 0이 되면? 짜잔! 🎉 Swift는 "아, 이 객체 이제 아무도 안 쓰는구나"하고 메모리에서 자동으로 제거해줘요.

진짜 똑똑하지 않나요? 우리가 일일이 "이제 이 객체 안 써요~" 하고 말 안 해도 알아서 처리해주니까요.

위의 그림을 보세요. 가운데 있는 초록색 원이 우리의 객체예요. 그리고 오른쪽 위의 주황색 원이 참조 카운트를 나타내요. 지금은 3이네요. 즉, 이 객체를 3군데에서 사용하고 있다는 뜻이에요.

화살표들은 이 객체를 참조하는 다른 부분들을 나타내요. 이 화살표들이 생기면 참조 카운트가 올라가고, 사라지면 내려가는 거죠.

ARC의 장단점 💪💔

ARC는 정말 편리하지만, 완벽한 건 아니에요. 장점과 단점을 함께 살펴볼까요?

장점 👍

메모리 관리를 자동으로 해줘서 편해요.
메모리 누수를 줄일 수 있어요.
개발자가 비즈니스 로직에 더 집중할 수 있어요.

단점 👎

순환 참조 문제가 발생할 수 있어요.
때때로 예측하기 어려운 동작을 할 수 있어요.
리소스를 즉시 해제하지 않을 수 있어요.

이 중에서 특히 주의해야 할 게 "순환 참조" 문제예요. 이게 뭔지 곧 자세히 설명해드릴게요!

ARC의 기본 개념 더 파헤치기 🕵️‍♀️

자, 이제 ARC의 기본 개념에 대해 좀 더 자세히 알아볼까요? 여러분, 준비되셨나요? 🤓

1. 강한 참조 (Strong Reference)

강한 참조는 ARC에서 가장 기본이 되는 참조 방식이에요. 객체를 강하게 잡고 있는 거죠. 마치 엄마가 아이의 손을 꼭 잡고 있는 것처럼요.

강한 참조가 있으면 ARC는 그 객체를 메모리에서 해제하지 않아요. "아직 누군가가 이 객체를 사용하고 있구나!" 하고 생각하니까요.

코드로 보면 이렇게 생겼어요:

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

var reference1: Person?
var reference2: Person?
var reference3: Person?

reference1 = Person(name: "John Doe")
// Prints "John Doe is being initialized"

reference2 = reference1
reference3 = reference1

이 코드에서 reference1, reference2, reference3는 모두 같은 Person 인스턴스를 강하게 참조하고 있어요. 참조 카운트는 3이 되겠죠?

2. 약한 참조 (Weak Reference)

약한 참조는 강한 참조와 반대예요. 객체를 "살짝" 잡고 있는 거죠. 마치 친구의 어깨에 손을 얹은 정도? ㅋㅋㅋ

약한 참조는 ARC의 참조 카운트를 증가시키지 않아요. 그래서 약한 참조만 남아있다면, 그 객체는 메모리에서 해제될 수 있어요.

약한 참조는 이렇게 선언해요:

class Apartment {
    let unit: String
    weak var tenant: Person?
    
    init(unit: String) {
        self.unit = unit
    }
    
    deinit {
        print("Apartment \(unit) is being deinitialized")
    }
}

var john: Person?
var unit4A: Apartment?

john = Person(name: "John Doe")
unit4A = Apartment(unit: "4A")

unit4A?.tenant = john
john?.apartment = unit4A

여기서 tenant는 약한 참조예요. Apartment 인스턴스가 사라져도 Person 인스턴스는 그대로 남아있을 수 있죠.

3. 미소유 참조 (Unowned Reference)

미소유 참조는 약한 참조와 비슷하지만, 조금 다른 점이 있어요. 약한 참조는 참조하는 인스턴스가 먼저 deallocate 될 수 있다고 가정하지만, 미소유 참조는 참조하는 인스턴스가 항상 자신보다 오래 유지될 것이라고 가정해요.

미소유 참조는 절대 nil이 되지 않을 거라고 확신할 때 사용해요. 근데 이게 틀리면? 크래시가 날 수 있으니 조심해야 해요!

미소유 참조는 이렇게 사용해요:

class Customer {
    let name: String
    var card: CreditCard?
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}

class CreditCard {
    let number: UInt64
    unowned let customer: Customer
    init(number: UInt64, customer: Customer) {
        self.number = number
        self.customer = customer
    }
    deinit { print("Card #\(number) is being deinitialized") }
}

var john: Customer?
john = Customer(name: "John Doe")
john!.card = CreditCard(number: 1234_5678_9012_3456, customer: john!)

여기서 CreditCard의 customer 속성은 미소유 참조예요. 신용카드는 항상 고객이 있다고 가정하니까요.

ARC와 클로저의 관계 🤝

자, 이제 좀 더 심화된 내용으로 들어가볼까요? ARC와 클로저의 관계에 대해 알아볼 거예요. 이 부분이 좀 어려울 수 있지만, 함께 천천히 파헤쳐봐요!

클로저는 Swift에서 정말 중요한 개념이에요. 함수형 프로그래밍의 핵심이기도 하죠. 근데 이 클로저가 ARC와 만나면 재미있는 (그리고 가끔은 골치 아픈) 상황이 벌어져요.

클로저의 캡처 현상

클로저는 자신이 정의된 컨텍스트의 변수들을 "캡처"할 수 있어요. 이게 무슨 말이냐고요? 음... 클로저가 주변 환경을 사진 찍듯이 기억한다고 생각하면 돼요. ㅋㅋㅋ

이 캡처 현상 때문에 클로저는 자신이 사용하는 객체들에 대해 강한 참조를 만들어요. 그리고 이게 바로 순환 참조의 원인이 될 수 있죠!

예를 들어볼게요:

class HTMLElement {
    let name: String
    let text: String?

    lazy var asHTML: () -> String = {
        if let text = self.text {
            return "<\(self.name)>\(text)\(self.name)>"
        } else {
            return "<\(self.name) />"
        }
    }

    init(name: String, text: String? = nil) {
        self.name = name
        self.text = text
    }

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

var paragraph: HTMLElement? = HTMLElement(name: "p", text: "hello, world")
print(paragraph!.asHTML())
// Prints "<p>hello, world</p>"

paragraph = nil
// Deinitializer is not called!

이 코드에서 asHTML 클로저는 self를 캡처하고 있어요. 그리고 HTMLElement 인스턴스는 asHTML 프로퍼티를 통해 이 클로저를 강하게 참조하고 있죠. 결과적으로 순환 참조가 발생해서 메모리 누수가 일어나요. 아이고야... 😱

캡처 리스트로 문제 해결하기

그럼 이 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요? 바로 캡처 리스트를 사용하면 돼요!

캡처 리스트를 사용하면 클로저가 캡처하는 값들의 참조 방식을 지정할 수 있어요. 약한 참조나 미소유 참조를 사용해서 순환 참조를 막을 수 있죠.

아까 본 코드를 수정해볼게요:

class HTMLElement {
    let name: String
    let text: String?

    lazy var asHTML: () -> String = { [unowned self] in
        if let text = self.text {
            return "<\(self.name)>\(text)\(self.name)>"
        } else {
            return "<\(self.name) />"
        }
    }

    init(name: String, text: String? = nil) {
        self.name = name
        self.text = text
    }

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

var paragraph: HTMLElement? = HTMLElement(name: "p", text: "hello, world")
print(paragraph!.asHTML())
// Prints "<p>hello, world</p>"

paragraph = nil
// Prints "p is being deinitialized"

보세요, [unowned self]를 추가했어요. 이제 클로저는 self를 미소유 참조로 캡처해요. 순환 참조가 해결되었고, HTMLElement 인스턴스가 제대로 해제되는 걸 볼 수 있어요.

와~ 정말 대단하지 않나요? 이렇게 작은 변화로 큰 문제를 해결할 수 있다니! 👏👏👏

ARC의 실제 사용 사례 🌟

자, 이제 우리가 배운 내용을 실제로 어떻게 사용하는지 몇 가지 예를 들어볼게요. 실제 앱 개발에서 ARC를 어떻게 활용하는지 살펴보면 더 이해가 잘 될 거예요!

1. 델리게이트 패턴에서의 ARC

iOS 개발을 해보신 분들은 델리게이트 패턴을 많이 사용해보셨을 거예요. 이 패턴에서 ARC를 어떻게 활용하는지 볼까요?

protocol DataManagerDelegate: AnyObject {
    func dataManagerDidUpdateData(_ manager: DataManager)
}

class DataManager {
    weak var delegate: DataManagerDelegate?
    
    func updateData() {
        // 데이터 업데이트 로직
        delegate?.dataManagerDidUpdateData(self)
    }
}

class ViewController: UIViewController, DataManagerDelegate {
    let dataManager = DataManager()
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        dataManager.delegate = self
    }
    
    func dataManagerDidUpdateData(_ manager: DataManager) {
        // UI 업데이트 로직
    }
}

여기서 DataManager의 delegate 프로퍼티를 weak로 선언했어요. 왜 그랬을까요?

델리게이트 관계에서는 보통 델리게이트(여기서는 ViewController)가 델리게이트를 사용하는 객체(여기서는 DataManager)보다 수명이 깁니다. 그래서 약한 참조를 사용해 순환 참조를 방지하는 거예요.

만약 여기서 weak를 사용하지 않았다면? DataManager가 ViewController를 강하게 참조하고, ViewController는 DataManager를 강하게 참조하는 순환 참조가 발생할 수 있어요. 그럼 메모리 누수의 원인이 되겠죠? 아찔해요! 😱

2. 비동기 작업에서의 ARC

네트워크 요청같은 비동기 작업을 할 때도 ARC를 잘 활용해야 해요. 예를 들어볼게요:

class NetworkManager {
    func fetchData(completion: @escaping (Data?) -> Void) {
        URLSession.shared.dataTask(with: URL(string: "https://api.example.com")!) { [weak self] data, _, _ in
            guard let self = self else { return }
            self.processData(data)
            completion(data)
        }.resume()
    }
    
    private func processData(_ data: Data?) {
        // 데이터 처리 로직
    }
}

class ViewController: UIViewController {
    let networkManager = NetworkManager()
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        networkManager.fetchData { [weak self] data in
            guard let self = self else { return }
            self.updateUI(with: data)
        }
    }
    
    private func updateUI(with data: Data?) {
        // UI 업데이트 로직
    }
}

여기서 주목할 점이 두 가지 있어요:

NetworkManager의 클로저에서 [weak self]를 사용했어요.
ViewController의 클로저에서도 [weak self]를 사용했어요.

이렇게 하면 비동기 작업이 완료되기 전에 객체가 해제되어도 문제가 없어요. 메모리 누수도 방지할 수 있고요. 완벽해요! 👌

3. 부모-자식 관계에서의 ARC

객체 간에 부모-자식 관계가 있을 때도 ARC를 잘 활용해야 해요. 예를 들어, 뷰 컨트롤러와 그 안의 커스텀 뷰의 관계를 생각해볼까요?

class ParentViewController: UIViewController {
    var childView: ChildView?
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        childView = ChildView(frame: view.bounds)
        childView?.parentViewController = self
        view.addSubview(childView!)
    }
    
    deinit {
        print("ParentViewController deinit")
    }
}

class ChildView: UIView {
    weak var parentViewController: ParentViewController?
    
    deinit {
        print("ChildView deinit")
    }
}

여기서 ChildView는 parentViewController를 약한 참조로 가지고 있어요. 왜 그럴까요?

부모 뷰 컨트롤러가 자식 뷰를 강하게 참조하고 있기 때문에, 자식 뷰가 부모를 강하게 참조하면 순환 참조가 발생할 수 있어요. 그래서 자식은 부모를 약하게 참조하는 거죠.

이렇게 하면 부모 뷰 컨트롤러가 해제될 때 자식 뷰도 함께 해제돼요. 깔끔하죠? 😎

ARC의 고급 주제들 🧠

자, 이제 ARC에 대해 기본적인 내용은 다 배웠어요. 근데 여기서 끝이 아니에요! ARC에는 더 깊이 들어갈 수 있는 고급 주제들이 있어요. 함께 살펴볼까요?

1. 캡처 리스트의 다양한 활용

앞서 우리는 캡처 리스트를 사용해 순환 참조를 해결하는 방법을 봤어요. 하지만 캡처 리스트는 그 외에도 다양하게 활용할 수 있어요.

class MyClass {
    var value = 10
    
    func doSomething() {
        let capturedValue = value
        let closure = { [capturedValue] in
            print("The value is: \(capturedValue)")
        }
        
        value = 20
        closure()
    }
}

let instance = MyClass()
instance.doSomething()  // Prints: "The value is: 10"

이 예제에서 클로저는 capturedValue를 캡처 리스트를 통해 값으로 캡처하고 있어요. 그 결과, value가 변경되어도 클로저 내부에서는 원래 값인 10을 출력해요.

이런 방식으로 캡처 리스트를 사용하면, 클로저가 생성된 시점의 값을 "스냅샷"처럼 저장할 수 있어요. 특정 시점의 상태를 보존하고 싶을 때 유용하죠!

2. 지연 저장 프로퍼티( Lazy Stored Properties)와 ARC

지연 저장 프로퍼티는 처음 사용될 때까지 초기값이 계산되지 않는 프로퍼티예요. 이 프로퍼티는 ARC와 밀접한 관련이 있어요.

class DataImporter {
    var filename = "data.txt"
    // 이 클래스는 외부 파일에서 데이터를 가져오는 데 시간이 오래 걸린다고 가정합니다.
}

class DataManager {
    lazy var importer = DataImporter()
    var data: [String] = []
}

let manager = DataManager()
manager.data.append("Some data")
// DataImporter 인스턴스는 아직 생성되지 않았습니다.
print(manager.importer.filename)
// DataImporter 인스턴스가 이제 생성됩니다.
// Prints "data.txt"

지연 저장 프로퍼티를 사용하면 필요할 때만 객체를 생성하므로 메모리를 효율적으로 사용할 수 있어요. 하지만 순환 참조에 주의해야 해요!

3. escaping 클로저와 ARC

escaping 클로저는 함수의 실행이 끝난 후에도 실행될 수 있는 클로저를 말해요. 이런 클로저는 ARC와 관련해 특별한 주의가 필요해요.

class NetworkManager {
    var completionHandlers: [() -> Void] = []
    
    func downloadData(completion: @escaping () -> Void) {
        completionHandlers.append(completion)
    }
    
    func processDownloads() {
        completionHandlers.forEach { $0() }
        completionHandlers.removeAll()
    }
}

class ViewController: UIViewController {
    let networkManager = NetworkManager()
    
    func startDownload() {
        networkManager.downloadData { [weak self] in
            self?.downloadComplete()
        }
    }
    
    func downloadComplete() {
        print("Download completed!")
    }
}

이 예제에서 downloadData 메서드의 completion 핸들러는 @escaping으로 표시되어 있어요. 이 클로저는 함수 실행이 끝난 후에도 completionHandlers 배열에 저장되어 나중에 실행될 수 있어요.