[Js] 가비지 컬렉션

곽지욱·2024년 9월 11일

JS

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가비지 컬렉션

자바스크립트에서 가비지 컬렉션은 사용하지 않는 메모리를 자동으로 회수하여 메모리 누수를 방지하는 기능을 말한다.

자바스크립트는 개발자가 명시적으로 메모리를 할당하거나 해제하지 않는다. 필요하지 않게 된 객체를 자동으로 정리하는 방식으로 동작한다.

이 과정을 가비지 컬렉터(Garbage Collector)가 수행한다.

즉, 우리가 생성한 원시값, 객체, 함수 등 메모리를 차지 하는 모든 것들을 쓸모가 없어지면 찾아내 삭제하는 과정을 말한다.

그러면 왜?? 굳이 삭제할까??

가비지 컬렉터는 한정된 메모리 자원을 효율적으로 관리하기 위해 설계된 장치이다. 컴퓨터의 메모리는 유한하기 때문에 프로그램이 실행되면서 더 이상 필요하지 않은 데이터를 자동으로 정리하여 새로운 데이터의 공간을 확보하기 위함임

그렇다면 그 쓸모가 없어짐 이라는 기준은 어떻게 생길까??

가비지 컬렉션 기준

자바스크립트는 도달 가능성(reachability) 이라는 개념을 사용해 메모리 관리를 수행한다.

여기서 도달 가능한 값은 쉽게 말해 어떻게든 접근하거나 사용할 수 있는 값을 의미한다.
그렇게 도달 가능하다 라고 판단 된 값은 메모리에서 삭제되지 않는다.

아래의 소개되는 값들은 그 태생부터 도달 가능 하기 때문에 명백한 이유 없이는 삭제 되지 않는다.

현재 함수의 지역 변수와 매개변수

function exampleFunction(param) {
    // param은 매개변수
    let localVar = "지역 변수입니다."; // localVar는 지역 변수
    
    console.log(param);  // 매개변수 참조 가능
    console.log(localVar);  // 지역 변수 참조 가능
}

exampleFunction("매개변수 값");

즉 현재 실행 중인 함수의 지역 변수와 매개변수 는 함수가 실행되는 동안에는
메모리에 남아 있고, 함수가 종료되면 더 이상 사용되지 않는 것으로 간주되어 가비지 컬렉터가 이를 처리할 수 있다. 그러나 함수가 실행 중인 동안에는 이 값들은 메모리에서 "도달 가능" 한 상태로 유지되어 삭제되지 않는다.

중첩 함수의 체인에 있는 함수에서 사용되는 변수와 매개변수

function outerFunction(outerParam) {
    let outerVar = "외부 함수 변수";

    function innerFunction(innerParam) {
        let innerVar = "내부 함수 변수";
        
        // 외부 함수의 변수와 매개변수에 접근 가능
        console.log(outerVar);  // "외부 함수 변수"
        console.log(outerParam);  // 외부 함수의 매개변수 값 출력
        console.log(innerVar);  // "내부 함수 변수"
        console.log(innerParam);  // 내부 함수의 매개변수 값 출력
    }

    return innerFunction;
}

const myFunction = outerFunction("외부 매개변수 값");
myFunction("내부 매개변수 값");

중첩 함수의 체인에 있는 함수에서 사용되는 변수와 매개변수 라는 문징은 중첩 함수 구조에서 내부 함수가 외부 함수의 변수와 매개변수에 접근 가능하다는 것을 의미한다.

자바스크립트에서 함수는 렉시컬 스코프 규칙을 따르기 때문에, 내부 함수는 자신을 포함하는 외부 함수의 변수나 매개변수를 기억하고 사용할 수 있다.

전역 변수
기타 루트(root) 값

루트가 참조하는 값이나 체이닝으로 루트에서 참조할 수 있는 값은 도달 가능한 값이 된다.

전역 변수에 객체가 저장되어 있다고 가정해보자. 이 객체의 프로퍼티가 또 다른 객체를 참조하고 있다면, 프로퍼티가 참조하는 객체는 도달 가능한 값 이 된다.

예제

let user ={
	name : 'John"
}

이 코드에서 전역 변수 "user"는 {name : John} 이라는 객체를 참조한다. 이러한 상태를 도달 가능한 상태 라고한다.

user = null;

이제 user 더 이상 객체를 참조하지 않게 되고 결과적으로는 {name : John} 객체는 도달할 수 없는 상태가 되면서 가비지 컬렉터가 이를 인식하고 메모리에서 삭제 시킨다.

참조 두개 예제

그렇다면 한 객체를 여러 변수에서 참조하는 경우를 보자

let user = {
    name: "John"
};

let admin = user;  // user를 admin으로 복사

이제 user와 admin 두 변수가 같은 객체를 참조하고 있다. user 를 null로 설정해도, admin 이 여전히 {name : John} 객체를 참조하므로, 객체는 도달 가능한 상태 로 인식된다.

이런 경우에는 두 전역변수의 참조를 모두 삭제해야 {name : John} 객체를 도달 불가능 상태로 만들 수 있다.

user = null;  // user의 참조를 삭제
admin = null; // admin의 참조를 삭제

연결된 객체

더 복잡한 구조에서 객체들이 서로를 참조하는 경우를 보자 예를 들어 두 객체가 서로를 참조하는 관계를 생각해보자.

function marry(man, woman) {
    woman.husband = man;
    man.wife = woman;
    return {
        father: man,
        mother: woman
    };
}

let family = marry({
    name: "John"
}, {
    name: "Ann"
});

이 예제 코드에서 family 객체는 man 과 woman 객체를 참조하고 있다. 그리고 또 man은 woman 을 woman 은 man 을 참조한다.

즉 현재 모든 객체는 도달 가능한 상태이다.

delete family.father;
delete family.mother.husband;

삭제한 두 개의 참조 중 하나만 지웠다면, 모든 객체는 여전히 도달 가능한 상태였겠지만, 참조 두개를 지우게 되면 John 으로 들어갈 수 있는 참조는 모두 사라져 John은 도달 가능한 상태에서 벗어나게 된다.

왜냐하면 외부로 나가는 참조 wife는 도달 가능성 에 영향을 주지 못하기 때문이다. 모든 객체는 외부에서 자신에게 들어오는 참조만이 도달 가능성 에 영향을 준다.

위 사진의 결과로 John은 이제 도달 가능한 상태가 아니기 때문에 메모리에서 제거된다.

가비지 컬렉션 후 메모리 구조

루트 객체는 자바스크립트 엔진에서 기본적으로 접근할 수 있는 최상위 참조 가능한 객체를 말한다 브라우저 환경에서는 window Node.js 환경에서는 global 객체를 말한다.

전역 변수는 스크립트 전체에서 접근할 수 있는 변수 를 말한다. 즉, 전역 스코프에서 선언된 변수로 어디서든지 접근할 수 있는 것을 말한다.

도달할 수 없는 섬

위 사진들 처럼 객체들은 연결되어 마치 하나의 독립 된 섬 같은 구조를 만든다. 그리고 이 섬에 도달할 방법이 없는 경우, 들어오는 참조가 없는 경우 섬을 구성하는 객체 전부가 메모리에서 삭제되는 것이다.

위 객체에서 루트 객체 family 객체이다 정확하게 얘기하면 루트 객체의 속성에 해당하는 전역 변수로 선언된 것 즉, family는 전역 변수로 선언되어 있기 때문에 window 객체의 속성으로 간주된다.

family = null;

이렇게 루트 객체인 family 가 아무것도 참조하지 않도록 하였다.

그렇다면 메모리 구조는 다음과 같을 것이다.

이 사진을 보면 가비지 컬렉션에서 도달할 수 없는 섬 예제는 도달 가능성 이라는 개념이 얼마나 중요한지 보여준다.

John 과 Ann은 여전히 서로를 참조하고 있고, 두 객체 모두 외부에서 들어오는 참조를 갖고 있지만.

앞서 말했 던 가비지 컬렉션의 기준인 기타 루트(root) 값 과 루트가 참조하는 값이나 체이닝으로 루트에서 참조할 수 있는 값 이라는 기준에 미치지 못하기 때문에 섬(객체) 전체가 도달할 수 없는 사태가 되고, 섬을 구성하는 객체 전부가 메모리에서 제거 되는 것이다.