[iOS] Strong, Weak, Unowned, Circular Reference

r1verfuture·2022년 4월 13일

iOS

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Strong

강한 참조
인스턴스의 주소값이 변수에 할당될 때 RC가 증가하는 경우
평소에 내가 인스턴스 생성하고 사용하던 것이 다 강한 참조를 한 것이다. (기본값이 strong이기 때문이다.)

// MARK: [코드 1] Developer 클래스 생성
class Developer {
	var name: String?
    var language: String?
    
    init(name: String?, language: String?) {
    	self.name = name
        self.language = language
    }
}

// MARK: [코드 2] Developer 클래스의 인스턴스 생성
let r1verfuture = Developer(name: "r1verfuture", language: "Swift")

[코드 1], [코드 2] 를 실행하면 강한 참조를 한 것이다.

Circular Reference

순환 참조
ARC 의 단점
영구적으로 메모리가 해제되지 않을 수 있다.

// MARK: [코드 3] Man 클래스 & Woman 클래스 생성
class Man {
    var name: String
    var girlfriend: Woman?
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    
    deinit { print("Man Deinit") }
}
 
class Woman {
    var name: String
    var boyfriend: Man?
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    
    deinit { print("Woman Deinit") }
}

[코드 3] 에는 Man 클래스에는 Woman 타입의 프로퍼티가 있고, Woman 클래스에는 Man 타입의 프로퍼티가 있다.

// MARK: [코드 4] whatso & r1verfuture 인스턴스 생성
var whatso: Man? = .init(name: "왓소")
var r1verfuture: Woman? = .init(name: "밀애")

[코드 3], [코드 4] 를 실행하면 [코드 4] 의 첫번째 줄에서 Man 인스턴스의 RC값이 1이 된다. (강한 참조)
[코드 4] 의 두번째 줄에서 Woman 인스턴스의 RC값이 1이 된다. (강한 참조)

// MARK: [코드 5] whatso & r1verfuture 각각의 프로퍼티 설정
whatso?.girlfriend = r1verfuture
r1verfuture?.boyfriend = whatso

[코드 3], [코드 4], [코드 5] 를 실행하면 [코드 4] 에 의해 Man 인스턴스와 Woman 인스턴스의 RC값이 각각 1씩 증가된다. (↑ 바로 위 설명 참고)
[코드 5] 의 첫번째 줄에서 Woman 인스턴스의 RC값이 1 증가된다. (즉, Woman 인스턴스의 RC값이 2가 된다.)
[코드 5] 의 두번째 줄에서 Man 인스턴스의 RC값이 1 증가된다. (즉, Man 인스턴스의 RC값이 2가 된다.)
이렇게 2개의 객체가 서로를 참조하고 있는 형태를 순환 참조라고 하며, 순환 참조 중에서 강한 참조로 인해 순환 참조가 발생한 경우를 강한 순환 참조라고 한다.
weak 와 unowned 사용하면 강한 순환 참조를 해결할 수 있다.

// MARK: [코드 6] whatso & r1verfuture 각각에 nil 부여
whatso = nil
r1verfuture = nil

[코드 3], [코드 4], [코드 5], [코드 6] 을 실행하면 인스턴스를 가리키던 변수에 nil을 대입했으니까 RC값이 1 감소하고, 감소한 결과로 RC값이 0이 되면 메모리에서 해제될 것 같지만 그렇지 않다. (실행해보면 deinit 함수가 호출되지 않는 것을 볼 수 있다.)
whatso, r1verfuture 가 가리키던 인스턴스가 힙에서 사라지지 않고 계속 메모리를 먹고 있는 것이다. (Man과 Woman 인스턴스의 RC값은 각각 1로 남아있다.)
심지어 [코드 6] 처럼 nil을 부여해버리면 Man과 Woman 인스턴스에 접근할 방법도 없어서 메모리 해제도 못하고, 앱이 죽기 전까지 기다려야 한다. (메모리 누수가 생기는 것이다.)

Weak

약한 참조
인스턴스를 참조할 때 RC값을 증가시키지 않는다.
참조하던 인스턴스가 메모리에서 해제된 경우, 자동으로 nil이 할당되어 메모리가 해제된다.
프로퍼티를 선언한 이후, 나중에 nil이 할당되는 것이기 때문에 weak는 무조건 옵서널 타입의 변수여야 한다.
강한 순환 참조는 2개의 객체가 서로를 참조하고 있는 형태라고 했는데, 이 2개의 객체 중 하나를 weak로 선언하면 순환 참조에서 벗어날 수 있다. (2개의 객체가 수명이 같은 경우에는 아무 쪽에나 weak를 붙여줘도 상관없지만, 수명이 다른 경우에는 둘 중에 수명이 더 짧은 인스턴스를 가리키는 애를 약한 참조로 선언해야 한다.)
순환 참조를 일으키는 프로퍼티 앞에 weak를 붙여주면 된다.

// MARK: [코드 7] Man 클래스 & Woman 클래스 weak 추가해서 다시 생성
class Man {
    var name: String
    weak var girlfriend: Woman?
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    
    deinit { print("Man Deinit") }
}
 
class Woman {
    var name: String
    var boyfriend: Man?
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    
    deinit { print("Woman Deinit") }
}

[코드 4], [코드 5], [코드 6], [코드 7] 을 실행하면 [코드 3] 에서 발생할 수 있던 순환 참조를 해결할 수 있다.
[코드 4] 에서 Man과 Woman 인스턴스의 RC값이 각각 1 이 된다.
[코드 5] 의 첫번째 줄에서 'girlfriend' 프로퍼티가 weak이기 때문에 Woman 인스턴스의 주소값을 할당 (참조) 받기는 하지만 Woman 인스턴스의 RC값은 증가하지 않는다. (Woman 을 참조했는데도 불구하고 Woman 의 RC값은 그대로 1 이다.)
[코드 5] 의 두번째 줄에서 Man 인스턴스의 RC값이 2 로 증가한다. (weak 아니기 때문이다.)
[코드 6] 의 첫번째 줄에서 whatso 에 nil 이 부여되었기 때문에 2 였던 Man 인스턴스의 RC값이 1 줄어들어 1 이 된다. (whatso 가 사라지면서 girlfriend 프로퍼티의 RC값도 덩달아 1 줄어들어 0 이 되고, girlfriend 프로퍼티가 메모리에서 해제된다.)
[코드 6] 의 두번째 줄에서 r1verfuture 에 nil 이 부여되었기 때문에 1 이었던 Woman 인스턴스의 RC값이 1 줄어들어 0 이 되고, Woman 인스턴스가 메모리에서 해제된다. (r1verfuture 가 사라지면서 1 이었던 boyfriend 프로퍼티의 RC값도 덩달아 1 줄어들어 0 이 되고, 메모리에서 해제된다.)
이대로 실행하면 deinit 함수도 정상 작동한다.
이렇게 weak 를 써서 강한 순환 참조를 해결하는 것을 약한 순환 참조라고 한다.

Unowned

미소유 참조
강한 순환 참조를 해결할 수 있고, RC값을 증가시키지 않는다는 점에서 weak 와 같지만, 인스턴스를 참조하는 도중에 해당 인스턴스가 메모리에서 사라질 일이 없다고 확신하는 점이 weak 와 다르다.
참조하던 인스턴스가 메모리에서 해제된 경우 nil 을 할당받지 못하고 해제된 메모리 주소값을 계속 들고 있는다.
unowned 로 선언된 변수가 가리키던 인스턴스가 메모리에서 먼저 해제된 경우, 접근하려고 하면 에러가 발생한다.
가리키던 메모리가 해제되어도 nil 을 할당받지 않아서 Non-Optional Type 으로 선언해야 됐지만 Swift 5.0 부터는 옵셔널 타입으로 선언 가능하도록 바뀌었다.

// MARK: [코드 8] Man 클래스 & Woman 클래스 unowned 추가해서 다시 생성
class Man {
    var name: String
    unowned var girlfriend: Woman?
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    
    deinit { print("Man Deinit") }
}
 
class Woman {
    var name: String
    var boyfriend: Man?
    
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    
    deinit { print("Woman Deinit") }
}

[코드 8] 에서 'unowned' 로 선언된 whatso 의 girlfriend 프로퍼티가 가리키는 r1verfuture 인스턴스는 whatso 인스턴스가 메모리에서 해제되기 전까지는 절대 먼저 해제되어서는 안된다.

// MARK: [코드 9] r1verfuture 에 nil 부여
r1verfuture =  nil

[코드 7], [코드 9] 를 실행하면 Man 의 girlfriend 프로퍼티를 weak 로 해줬기 때문에 자동으로 girlfriend 값이 nil 로 지정된다.
하지만, [코드 8], [코드 9] 를 실행하면 girlfriend 값이 nil 로 지정되지 않기 때문에 이미 해제되었는데도 불구하고 메모리 주소값을 계속 들고 있는다.

// MARK: [코드 10] whatso 의 girlfriend 프로퍼티에 접근
whatso?.girlfriend

[코드 8], [코드 9], [코드 10] 을 실행하면 이미 메모리에서 해제된 포인터 값에 접근하려고 하는 것이기 때문에 에러가 발생한다.

그렇다면 Weak 와 Unowned 중 어떤 것을 쓰는게 더 좋을까 ?

unowned 는 에러를 발생시킬 위험이 있기 때문에 weak 를 사용하는 것이 더 좋다.
하지만 unowned 을 굳이 써야겠다면 weak 와 반대로 2개의 객체 중 수명이 더 긴 인스턴스를 가리키는 애를 미소유 참조로 선언하면 된다. (수명이 더 긴 인스턴스가 누구일지 판단 불가능할 때 unowned 를 쓰면 에러나기 때문에 웬만하면 쓰지 않는 것이 좋다.)