메모리 관리 with arc, gc
메모리 관리
“메모리 관리(memory management)는 컴퓨터 메모리에 적용된 리소스 관리의 일종이다. 가장 단순한 형태의 메모리 관리 방법은 프로그램의 요청이 있을 때, 메모리의 일부를 해당 프로그램에 할당하고, 더 이상 필요하지 않을 때 나중에 다시 사용할 수 있도록 할당을 해제하는 것이다” - 위키피디아
메모리 관리 기법이 필요한 이유 또는 배워야 하는 이유가 뭘까?
여러 이유들이 있겠지만 내가 생각했을때 앱개발자로서 가장 큰 이유는 2가지가 있다.
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메모리를 최적화 한다면 너 낮은 사양의 기기들을 지원 가능. 더많은 유저 확보 가능
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더 나은 유저 서비스 제공 가능, 메모리 릭 또는 댕글링 포인터 등의 문제 발생 방어 가능.
메모리 관리 기법 종류들
앱 개발 레이어에서는 메모리 관리 기법을 자동과 수동 기법으로 양분 해볼 수 있다.
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자동 메모리 관리
- GC(Garbage Collector): 프로그램 실행 중에 사용되지 않는 메모리를 자동으로 해제하는 기법
- ARC(Automatic Reference Counting): 객체의 참조 카운트를 사용하여 객체의 생명주기를 관리하는 기법
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수동 메모리 관리
- Malloc/Free: 개발자가 직접 메모리를 할당하고 해제하는 기법
- New/Delete: C++에서 사용하는 메모리 관리 기법
MRC
실제로 Objective-C에서는 MRC라는 ‘수동 메모리 관리 기법’을 사용했었다.
- (void)setName:(NSString *)newName {
[newName retain];
[name release];
name = newName;
}
- retain : retain count(= reference count) 증가를 통해 현재 Scope에서 객체가 유지되는것을 보장
- release : retain count(= reference count)를 감소시킴. retain 후에 필요 없을 때 release 함
이런 식으로 retain과 relase를 사용하여 메모리 관리를 해주고는 했다. 하지만 프로그램이 커질수록 하나하나 인스턴스에 대한 메모리 관리를 해주는 것이 쉽지 않았고 그에 대한 대안으로 Apple에서는 ARC를 소개한다.
ARC vs GC
ARC란 자동 메모리 관리 기법에 속하는 방법 중 하나로 개발자가 신경쓸 필요없이 자동으로 Compile Time에 실행 되어 동적으로 Reference count를 세고 메모리 관리를 해주는 방법이다.
비슷한 방법으로 GC (Garbage Collection) 이라는 Jva or C#, GO 등에서 쓰이는 메모리 관리 기법 이 있는데 차이점을 서술하자면 이렇다.
GC: 이미 할당된 메모리에서 더 이상 사용하지 않는 메모리를 해제하는 기술
- 런타임시, 백그라운에서 사용되지 않는 개체와 개체 그래프를 감지하는 방식으로 작동
- 런타임 메모리가 부족하거나, 특정시간이 경과한 후 등의 불확실한 시점에 작동
- retain cycle을 포함하여 전체 객체 그래프를 한번에 관리
ARC: 수동으로 개발자가 직접 retain/release를 통해 reference counting을 관리해야하는 부분을 자동으로 관리해주는 기술
- 객체가 사용되지 않을때, 실시간으로 메모리에서 release
- 컴파일 타임에 작동, 백그라운드 처리가 없으므로 메모리에 더 효과적
- 하지만 retain cycle을 자동으로 해결 x
+ ARC가 Retain Cycle을 해결 못하는 이유
GC같은 경우 reachable 객체를 실시간으로 살펴보며 작동한다. 이 객체의 외부참조가 없는 것을 감지하면, 서로를 참조하는 객체 그래프 전체를 버리기 때문에 retain cycle이 발생하지 않는다.
반면 ARC는 GC보다 더 낮은 수준에서 작동하며, 참조 카운트를 기반으로 생명 주기를 관리하기 때문에 설계 상, retain cycle을 자동으로 처리할 수는 없다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, strong, weak, unowned과 같은 Storage Modifier가 도입된 것이다.
Reachable: 사용하고 있는 메모리
ARC Proposal
잠깐, 자동 메모리 관리 방법에는 ARC방법 뿐만 아니라 GC도 존재한다. 근데 왜 애플은 GC가 아닌 ARC를 도입 했을까?
사실 애플에서는 GC를 도입한적이 있다. (ios는 아니고 os x 에서만)
하지만 금방 os x에서도 deprecated 되었다. (10.5 ~. 10.8 OS X Mountain Lion )
사실 이문제는, 효율성에 대한 문제이다. 두 시스템 모두 장단점이 있으며 애플은 단지 선택했을 뿐이다. GC보다는 ARC가 시스템에 더 효율적이라고 판단한 것이다. 두 기법의 차이점을 통해 구체적으로 그 기준을 살펴보자.
- ARC는 전체적으로 GC보다 느릴수 있다. 애플은 이 문제가 크지 않다고 판단한 듯 하다.
- 앞서 말했듯이, ARC는 Retain Cycle을 자동으로 처리해주지 않지만, 이를 위한 대안으로 Storage Modifier을 제공하고, 해당 부분은 개발자의 몫으로 넘어가길 택했다.
- GC는 ARC보다 더 많은 메모리가 필요하다 (경우에 따라 최대 2배). 애플은 모바일 디바이스의 RAM이 너무 적어서 GC에 낭비할 수없다고 판단한 듯하다. 이어 이 부분은 안드로이드 휴대폰이 기본적으로 더 많은 메모리를 갖는 이유이다. (GC가 없을 경우에 비해 1.8~2.0x정도 많은 메모리를 사용하게 됨)
- GC는 더 빠르게 작동할 수 있지만, 트리거 되는 시점에 잠재적으로 몇 밀리초동안 프로그램이 멈춘다. 만약 중요한 일을 한다면 이 시간은 꽤나 Critical 할수도 있다. 반해 ARC는 약간 느리지만 실행은 원활하다. 애플이 판단하길 잠재적인 문제를 일으킬수 있는 리스크를 지는것 보다 느리더라도 원활한 실행 환경을 더 중요하게 생각했다고 볼 수 있다.
Reference Counting
다시 돌아와서 그럼 ARC를 통한 참조 카운팅이 어떻게 이루어질까. 레퍼런스 카운팅은 그대로 말하자면, 참조 횟수이다. 즉, 이 인스턴스를 누가 얼마나 가르키고 있느냐를 나타낸 것이다. 그 기준은 뭔지 실제 코드를 보며 알아보자
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Reference Counting ‘플러스’ + 일때
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인스턴스의 주소값을 변수에 할당할 때
- 인스턴스를 새로 생성하는 경우
var pulpleCar: Car? = Car(wheel: "pulple") - 기존 인스턴스를 다른 변수에 대입하는 경우
let otherCar = pulpleCar
- 인스턴스를 새로 생성하는 경우
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Reference Counting ‘마이너스’ - 일때
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Object lifetime은 use-based 이다. 마지막 참조 사용시 직후 release를 실행
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인스턴스를 가르키던 변수가 메모리에서 해제 되었을 시
위와 같은 이유로 마지막 참조 사용시 직후 release된다면 count - 1
func test() { let traveler1 = Traverler(name: "Lily") // 초기화는 참조카운트를 1로 설정 // traveler2에 대해 retain let traveler2 = traveler1 // release - code // traveler1 참조를 마지막으로 사용한 직후 release 코드 삽입 traveler2.destination = "Big Sur" // traveler2에 대해 release print("Done traveling") } - nill 지정시
var pulpleCar = nil -
변수에 다른 인스턴스 대입
변수가 다른 인스터스를 가르키게 된거니 당연하다.
var pulpeCar = redCar - 프로퍼티의 경우, 속한 클래스 인스턴스가 해제되는 경우
class Person { var name: String var car: Car = Car(wheel: "pulpleCar") } var person: Person? = Person(name: "tonny") person?.car = nil
프로퍼티의 경우 가르키던 인스턴스의 소속되어 있기 때문에, 인스턴스가 해제된다면 같이 - 1 을 하게 됨. 하지만, 만약 프로퍼티의 레퍼런스 카운터가 1 이상이라면 속한 클래스 인스턴스가 해제된다고 해도 프로퍼티의 인스턴스는 메모리에 남아있다. 즉, 무조건 속한 클래스의 인스턴스가 사라진다고 프로퍼티의 레퍼런스도 같이 사라진다는 것이 아니라 단순 reference count - 1을 해주는 것.
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+) 앞서 ARC설명 시에 ARC가 compile time에 실행되어 동적으로 실행되는 것들의 reference count를 세고 메모리 관리를 할 수있다고 하는데 그게 가능한 이유가 뭘까?
답은 ARC의 작동방식과 연관이 있다. ARC의 메커니즘은 Swift Runtime이라는 라이브러리에 구현되어 있다. 그리고 Swift Runtime은 HeapObject 구조체를 사용하여 동적으로 할당된 모든 개체를 나타낸다. 이때 여기서 the SIL generation phase 라는 컴파일 단계가 실행되게 된다. 그리고서는 HeapObject의 initialization & destruction 을 가로채어 swiftc 컴파일러가 swift_retain() & swift_release() 코드를 적절히 삽입해주고 이 삽입된 코드들이 런타임에 적절히 실행되는 것이다.
+) REF
https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2021/10216/
https://velog.io/@ellyheetov/ARC-VS-GC
https://sujinnaljin.medium.com/ios-arc-%EB%BF%8C%EC%8B%9C%EA%B8%B0-9b3e5dc23814
https://www.vadimbulavin.com/swift-memory-management-arc-strong-weak-and-unowned/