자동 참조 카운팅 (Automatic Reference Counting)

Swift는 앱의 메모리 사용량을 추적하고 관리하기 위해 자동 참조 카운팅 (Automatic Reference Counting) (ARC)를 사용합니다. 대부분의 경우에 Swift에서 메모리 관리는 "그냥 수행하라" 를 의미하고 메모리 관리에 대해서 생각할 필요가 없습니다. ARC는 인스턴스가 더이상 필요치 않을 때 자동으로 클래스 인스턴스에 의해 사용된 메모리를 할당 해제 합니다.

그러나 몇몇의 경우에 ARC는 메모리를 관리하기 위해 코드의 부분 간의 관계에 대한 추가 정보를 요구합니다. 이 챕터에서는 이러한 상황을 설명하고 앱의 메모리를 관리하기 위해 ARC를 어떻게 사용하는지 보여줍니다. Swift에서 ARC를 사용하는 것은 Objective-C에서 ARC 사용에 대한 ARC 릴리즈 노트로 전환 (Transitioning to ARC Release Notes) 에서 설명한 접근방식과 매우 유사합니다.

참조 카운팅은 클래스의 인스턴스에만 적용됩니다. 구조체와 열거형은 참조 타입이 아니고 값 타입이고 참조로 저장되거나 전달되지 않습니다.

ARC의 작동 원리 (How ARC Works)

클래스의 새로운 인스턴스가 생성될 때마다 ARC는 인스턴스에 대한 정보를 저장하기 위해 메모리의 청크에 할당합니다. 이 메모리는 해당 인스턴스와 관련된 저장된 프로퍼티의 값과 함께 인스턴스의 타입에 대한 정보를 가집니다.

또한 인스턴스가 더이상 필요치 않을 때 ARC는 메모리가 다른 목적으로 사용될 수 있도록 인스턴스에 의해 사용된 메모리를 할당 해제 합니다. 이렇게 하면 클래스 인스턴스가 더이상 필요치 않을 때 메모리 공간을 차지하지 않습니다.

그러나 ARC가 아직 사용중인 인스턴스의 할당을 해제하면 더이상 인스턴스의 프로퍼티에 접근할 수 없거나 인스턴스의 메서드를 호출할 수 없습니다. 실제로 인스턴스에 접근하려고 하면 앱은 크래시가 발생합니다.

인스턴스가 여전히 필요한 동안 사라지지 않도록 ARC는 얼마나 많은 프로퍼티, 상수, 그리고 변수가 각 클래스 인스턴스에 참조하고 있는지 추적합니다. ARC는 인스턴스에 참조가 하나라도 존재하는 한 인스턴스를 할당 해제 하지 않습니다.

이것을 가능하게 하려면 프로퍼티, 상수, 또는 변수에 클래스 인스턴스를 할당할 때마다 해당 프로퍼티, 상수, 또는 변수는 인스턴스에 강한 참조 (strong reference) 를 만듭니다. 참조는 해당 인스턴스를 유지하고 강한 참조가 남아있는 한 할당 해제를 허용하지 않기 때문에 "강한" 참조라고 합니다.

ARC 동작 (ARC in Action)

다음은 어떻게 자동 참조 카운팅이 동작하는지에 대한 예제입니다. 이 예제는 name 이라는 저장된 상수 프로퍼티를 정의하는 Person 이라는 간단한 클래스로 시작합니다:

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

Person 클래스는 인스턴스의 name 프로퍼티에 설정하고 초기화가 진행 중임을 나타내는 메세지를 출력하는 초기화 구문을 가집니다. Person 클래스는 클래스의 인스턴스가 할당 해제될 때 메시지를 출력하는 초기화 해제 구문도 가지고 있습니다.

다음 코드는 뒤따르는 코드에 새로운 Person 인스턴스에 여러개 참조를 설정하기 위해 사용되는 Person? 타입의 3개의 변수를 정의합니다. 이 변수는 Person 이 아닌 Person? 인 옵셔널 타입 이므로 nil 의 값으로 자동으로 초기화 되고 현재는 Person 인스턴스를 참조하지 않습니다.

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

이제 새로운 Person 인스턴스를 생성하고 이 3개의 변수중 하나에 할당합니다:

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

"John Appleseed is being initialized" 메세지는 Person 클래스의 초기화 구문을 호출할 때 출력됩니다. 이것은 초기화가 발생했음을 확인합니다.

새로운 Person 인스턴스는 reference1 변수에 할당되기 때문에 reference1 에서 새로운 Person 인스턴스에 대한 강한 참조가 있습니다. 하나의 강한 참조가 있기 때문에 ARC는 이 Person 을 메모리에 유지하고 할당 해제하지 않습니다.

동일한 Person 인스턴스를 2개 이상의 변수에 할당하면 해당 인스턴스에 대한 2개 이상의 강한 참조가 설정됩니다:

reference2 = reference1
reference3 = reference1

이제 이 단일 Person 인스턴스에 3개 의 강한 참조가 있습니다.

기존의 참조를 포함하여 2개의 변수에 nil 을 할당하여 강한 참조 중 2개를 중단하면 하나의 강한 참조만 남고 Person 인스턴스는 할당 해제되지 않습니다:

reference1 = nil
reference2 = nil

ARC는 세번째와 마지막 강한 참조를 중단할 때까지 Person 인스턴스를 할당 해제하지 않습니다. 이 때부터 Person 인스턴스를 더이상 사용하지 않는 것이 명백합니다:

reference3 = nil
// Prints "John Appleseed is being deinitialized"

클래스 인스턴스 사이의 강한 참조 사이클 (Strong Reference Cycles Between Class Instances)

위의 예제에서 ARC는 새로운 Person 인스턴스를 생성하고 더이상 필요치 않을 때 Person 인스턴스를 할당 해제하기 위해 참조의 수를 추적할 수 있습니다.

그러나 클래스의 인스턴스가 강한 참조가 없는 지점에 도달하지 않는 코드를 작성할 수 있습니다. 이는 두 클래스 인스턴스가 서로에 대한 강한 참조를 유지하여 각 인스턴스가 다른 인스턴스를 유지하는 경우 발생할 수 있습니다. 이것은 강한 참조 사이클 (strong reference cycle) 이라고 합니다.

클래스 간의 일부 관계를 강한 참조 대신 약한 (weak) 또는 미소유 (unowned) 참조로 정의하여 강한 참조 사이클을 해결합니다. 이 프로세스는 클래스 인스턴스 간의 강한 참조 사이 해결 (Resolving Strong Reference Cycles Between Class Instances) 에서 설명되어 있습니다. 그러나 강한 참조 사이클을 어떻게 해결하는지 배우기 전에 어떻게 사이클이 발생하는지 이해하는 것이 유용합니다.

다음은 실수로 강한 참조 사이클을 생성하는 예입니다. 이 예제는 아파트와 거주자의 블럭을 모델링 하는 PersonApartment 라는 2개의 클래스를 정의합니다:

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

모든 Person 인스턴스는 String 타입의 name 프로퍼티와 초기값이 nil 인 옵셔널 apartment 프로퍼티를 가지고 있습니다. 사람이 항상 아파트를 가지고 있지 않기 때문에 apartment 프로퍼티는 옵셔널입니다.

유사하게 모든 Apartment 인스턴스는 String 타입의 unit 프로퍼티와 초기값이 nil 인 옵셔널 tenant 프로퍼티를 가지고 있습니다. 아파트를 항상 보유하는 것은 아니므로 tenant 프로퍼티는 옵셔널입니다.

이 클래스 모두 클래스의 인스턴스가 초기화 해제 됨을 출력하는 초기화 해제 구문을 정의합니다. 이것을 사용하면 PersonApartment 의 인스턴스가 예상되로 초기화 해제되었는지 확인할 수 있습니다.

다음 코드는 아래에서 특정 ApartmentPerson 인스턴스를 설정할 johnunit4A 라는 옵셔널 타입의 2개의 변수를 정의합니다. 이 변수 모두 옵셔널 이므로 초기값으로 nil 을 가집니다:

var john: Person?
var unit4A: Apartment?

이제 특정 Person 인스턴스와 Apartment 인스턴스를 생성할 수 있고 이 새로운 인스턴스를 johnunit4A 변수에 할당할 수 있습니다:

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

다음은 강한 참조가 이 두 인스턴스를 생성하고 할당하여 어떻게 보이는지 나타냅니다. john 변수는 이제 새로운 Person 인스턴스에 대한 강한 참조를 가지고 있고 unit4A 변수는 새로운 Apartment 인스턴스에 대한 강한 참조를 가지고 있습니다:

Reference Cycle 01

이제 사람은 아파트를 가지고 아파트는 소유자를 가지도록 두 인스턴스를 함께 연결할 수 있습니다. 느낌표 (!)는 johnunit4A 옵셔널 변수 내에 저장된 인스턴스를 언래핑 하고 접근하기 위해 사용되므로 해당 인스턴스의 프로퍼티를 설정할 수 있습니다:

john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

다음은 두 인스턴스를 함께 연결한 후에 강한 참조가 어떻게 되는지 보여줍니다:

Reference Cycle 02

불행히도 이 두 인스턴스 연결은 서로간의 강한 참조 사이클을 생성합니다. Person 인스턴스는 이제 Apartment 인스턴스에 대한 강한 참조를 가지고 Apartment 인스턴스는 Person 인스턴스에 대한 강한 참조를 가집니다. 따라서 johnunit4A 변수에 의해 가진 강한 참조를 중단할 때 참조 카운트는 0으로 떨어지지 않고 인스턴스는 ARC에 의해 할당 해제되지 않습니다:

john = nil
unit4A = nil

두 변수를 nil 로 설정할 때 초기화 구문은 호출되지 않습니다. 강한 참조 사이클은 PersonApartment 인스턴스가 할당 해제되는 것을 방지하여 앱에서 메모리 누수를 유발합니다.

다음은 johnunit4A 변수를 nil 로 설정한 후에 강한 참조를 나타냅니다:

Reference Cycle 03

PersonApartment 인스턴스 간의 강한 참조는 남아있고 중단될 수 없습니다.

클래스 인스턴스 간의 강한 참조 사이클 해결 (Resolving Strong Reference Cycles Between Class Instances)

Swift는 클래스 타입의 프로퍼티와 작업할 때 강한 참조 사이클을 해결하기 위해 2가지 방법을 제공합니다: 약한 참조 (weak references)와 미소유 참조 (unowned references).

약한 참조와 미소유 참조를 사용하면 참조 사이클의 한 인스턴스가 강한 유지 없이 다른 인스턴스를 참조할 수 있습니다. 그런 다음 인스턴스는 강한 참조 사이클을 만들지 않고도 서로를 참조할 수 있습니다.

다른 인스턴스의 수명이 더 짧은 경우 즉, 다른 인스턴스가 먼저 할당 해제될 수 있을 때 약한 참조를 사용합니다. 위의 Apartment 예제에서 아파트는 어느 시점에 소유자가 없을 수 있는 것이 적절하므로 이러한 경우 약한 참조는 참조 사이클을 끊는 적절한 방법입니다. 반대로 다른 인스턴스의 수명이 동일하거나 더 긴 경우 미소유 참조를 사용합니다.

약한 참조 (Weak References)

약한 참조 (weak reference) 는 참조하는 인스턴스를 강하게 유지하지 않는 참조이므로 ARC가 참조된 인스턴스를 처리하는 것을 중지하지 않습니다. 이러한 동작은 참조가 강한 참조 사이클의 일부가 되는 것을 방지합니다. 프로퍼티 또는 변수 선언 전에 weak 키워드를 위치시켜 약한 참조를 나타냅니다.

약한 참조는 참조하는 인스턴스를 강하게 유지하지 않기 때문에 약한 참조가 참조하는 동안 해당 인스턴스가 할당 해제될 수 있습니다. 따라서 ARC는 참조하는 인스턴스가 할당 해제되면 nil 로 약한 참조를 자동으로 설정합니다. 그리고 약한 참조는 런타임에 값을 nil 로 변경하는 것을 허락해야 하므로 항상 옵셔널 타입의 상수가 아닌 변수로 선언됩니다.

다른 옵셔널 값과 같이 약한 참조에 값의 존재를 확인할 수 있고 더이상 존재하지 않는 유효하지 않은 인스턴스에 참조하는 것으로 끝나지 않습니다.

NOTE 프로퍼티 관찰자는 ARC가 약한 참조를 nil 로 설정할 때 호출되지 않습니다.

아래의 예제는 위의 PersonApartment 예제와 동일하지만 한가지 중요한 차이점이 있습니다. 이번에는 Apartment 타입의 tenant 프로퍼티는 약한 참조로 선언됩니다:

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

두 변수 (johnunit4A)에서의 강한 참조와 두 인스턴스 간의 연결은 이전과 같이 생성됩니다:

var john: Person?
var unit4A: Apartment?
john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")
john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

다음은 두 인스턴스를 함께 연결한 참조를 나타냅니다:

Weak Reference 01

Person 인스턴스는 Apartment 인스턴스에 대해 아직 강한 참조를 가지고 있지만 Apartment 인스턴스는 이제 Person 인스턴스에 대해 약한 참조를 가지고 있습니다. 이것은 john 변수에 nil 을 설정하여 강한 참조를 끊으면 Person 인스턴스에 대해 더이상 강한 참조가 아님을 의미합니다:

john = nil
// Prints "John Appleseed is being deinitialized"

더이상 Person 인스턴스에 대해 강한 참조를 가지지 않기 때문에 할당 해제되고 tenant 프로퍼티는 nil 로 설정됩니다:

Weak Reference 02

Apartment 인스턴스에 대한 유일한 강한 참조는 unit4A 변수에서 가져온 것입니다. 강한 참조를 끊으면 Apartment 인스턴스에 대한 강한 참조는 더이상 없습니다:

unit4A = nil
// Prints "Apartment 4A is being deinitialized"

Apartment 인스턴스에 대한 강한 참조가 더이상 없으므로 할당 해제됩니다:

Weak Reference 03

NOTE 가비지 콜렉션을 사용하는 시스템에서는 메모리 압력이 가비지 콜렉션을 트리거 할 때만 강한 참조가 없는 객체가 할당 해제되기 때문에 간단한 캐싱 메커니즘을 구현하는데 약한 포인터가 사용되는 경우가 있습니다. 그러나 ARC를 사용하면 마지막 강한 참조가 제거되자마자 값이 할당 해제되어 약한 참조는 이러한 목적에 적합하지 않습니다.

미소유 참조 (Unowned References)

약한 참조와 마찬가지로 미소유 참조 (unowned reference) 는 참조하는 인스턴스를 강하게 유지하지 않습니다. 그러나 약한 참조와 다르게 미소유 참조는 다른 인스턴스의 수명이 같거나 더 긴 경우에 사용됩니다. 프로퍼티 또는 변수 선언 전에 unowned 키워드를 위치시켜 미소유 참조를 나타냅니다.

약한 참조와 달리 미소유 참조는 항상 값을 갖도록 예상됩니다. 결과적으로 미소유로 만들어진 값은 옵셔널로 만들어 지지 않고 ARC는 미소유 참조의 값을 nil 로 설정하지 않습니다.

IMPORTANT 참조가 항상 할당 해제되지 않은 인스턴스를 참조한다고 확신하는 경우에만 미소유 참조를 사용합니다.

인스턴스가 할당 해제된 후에 미소유 참조의 값에 접근하려고 하면 런타임 에러가 발생합니다.

다음 예제는 은행 고객과 고객에 대한 가능한 신용카드를 모델링하는 CustomerCreditCard 인 2개의 클래스를 정의합니다. 이 두 클래스는 프로퍼티로 다른 클래스의 인스턴스를 각각 저장합니다. 이 관계는 강한 참조 사이클을 생성할 가능성이 있습니다.

CustomerCreditCard 간의 관계는 위의 약한 참조 예제에서 본 ApartmentPerson 간의 관계와 약간 다릅니다. 이 데이터 모델은 고객은 신용카드를 가지고 있거나 가지고 있지 않을 수 있지만 신용카드는 항상 고객과 연관되어 있습니다. CreditCard 인스턴스는 참조하는 Customer 보다 오래 지속되지 않습니다. 이것을 표현하기 위해 Customer 클래스는 옵셔널 card 프로퍼티를 가지지만 CreditCard 클래스는 미소유와 옵셔널이 아닌 customer 프로퍼티를 가집니다.

또한 새로운 CreditCard 인스턴스는 사용자 정의 CreditCard 초기화 구문에 number 값과 customer 인스턴스를 전달해서만 생성될 수 있습니다. 이렇게 하면 CreditCard 인스턴스가 생성될 때 CreditCard 인스턴스에 항상 연관된 customer 인스턴스를 가지고 있습니다.

신용카드는 항상 고객을 가지고 있으므로 강한 참조 사이클을 피하기 위해 customer 프로퍼티에 미소유 참조로 정의합니다:

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") }
}

NOTE CreditCard 클래스의 number 프로퍼티는 Int 가 아닌 UInt64 타입으로 정의되어 number 프로퍼티의 용량이 32 비트와 64 비트 시스템 모두에 16 자리 카드번호를 저장할 수 있을만큼 충분히 크도록 합니다.

다음 코드는 특정 고객에 대한 참조를 저장하는데 사용되는 john 이라는 옵셔널 Customer 변수를 정의합니다. 이 변수는 옵셔널이므로 nil 의 초기값을 가집니다:

var john: Customer?

이제 Customer 인스턴스를 생성할 수 있고 해당 고객의 card 프로퍼티로 새로운 CreditCard 인스턴스를 초기화 하고 할당하기 위해 사용할 수 있습니다:

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

다음은 두 인스턴스가 연결된 참조를 나타냅니다:

Unowned Reference 01

Customer 인스턴스는 이제 CreditCard 인스턴스에 대한 강한 참조를 가지고 있고 CreditCard 인스턴스는 Customer 인스턴스에 대해 미소유 참조를 가지고 있습니다.

john 변수에 의해 강한 참조를 끊을 때 미소유 customer 참조 때문에 Customer 인스턴스에 대해 더이상 강한 참조를 가지지 않습니다:

Unowned Reference 02

더이상 Customer 인스턴스에 대해 강한 참조가 아니므로 할당 해제됩니다. 후에 CreditCard 인스턴스에 대해 더이상 강한 참조가 아니므로 이것도 할당 해제됩니다:

john = nil
// Prints "John Appleseed is being deinitialized"
// Prints "Card #1234567890123456 is being deinitialized"

위의 마지막 코드는 john 변수를 nil 로 설정한 후에 Customer 인스턴스와 CreditCard 인스턴스 모두 "deinitialized" 메서지를 출력하는 초기화 해제 구문을 보여줍니다.

NOTE 위의 예제는 안전한 미소유 참조를 어떻게 사용해야 하는지 보여줍니다. Swift는 성능상의 이유 등으로 런타임 안전 검사를 비활성화 하는 경우에 대해 안전하지 않은 미소유 참조 (unsafe unowned references)를 제공합니다. 모든 안전하지 않은 작업과 마찬가지로 해당 코드의 안정성을 검사하는 것에 책임을 져야 합니다.

unowned(unsafe) 로 작성하여 안전하지 않은 미소유 참조를 나타냅니다. 참조하는 인스턴스가 할당 해제된 후에 안전하지 않은 미소유 참조에 접근하려고 하면 프로그램은 안전하지 않은 작업으로 인스턴스가 사용한 메모리 위치에 접근하려고 합니다.

미소유 옵셔널 참조 (Unowned Optional References)

클래스에 옵셔널 참조를 미소유로 표기할 수 있습니다. ARC 소유권 모델 측면에서 미소유 옵셔널 참조 (unowned optional reference)와 약한 참조는 모두 같은 컨텍스트에서 사용될 수 있습니다. 차이점은 미소유 옵셔널 참조를 사용할 때 유효한 객체를 참조하거나 nil 로 설정되어 있는지 확인해야 합니다.

다음은 학교의 특정 과에 제공하는 과정을 추적하는 예제입니다:

class Department {
var name: String
var courses: [Course]
init(name: String) {
self.name = name
self.courses = []
}
}
class Course {
var name: String
unowned var department: Department
unowned var nextCourse: Course?
init(name: String, in department: Department) {
self.name = name
self.department = department
self.nextCourse = nil
}
}

Department 는 과에서 제공하는 각 과정에 강한 참조를 유지합니다. ARC 소유권 모델에서 과는 과정을 소유하고 있습니다. Course 는 과에 대한 것과 객체를 소유하지 않은 학생이 수강해야 하는 다음 과정에 대한 2개의 미소유 참조를 가지고 있습니다. 모든 과정은 과의 부분이므로 department 프로퍼티는 옵셔널이 아닙니다. 그러나 일부 과정은 후속 과정이 없기 때문에 nextCourse 프로퍼티는 옵셔널 입니다.

다음은 이러한 클래스를 사용하는 예제입니다:

let department = Department(name: "Horticulture")
let intro = Course(name: "Survey of Plants", in: department)
let intermediate = Course(name: "Growing Common Herbs", in: department)
let advanced = Course(name: "Caring for Tropical Plants", in: department)
intro.nextCourse = intermediate
intermediate.nextCourse = advanced
department.courses = [intro, intermediate, advanced]

위의 코드는 과와 그 과의 3개의 과정을 생성합니다. 소개와 중급 과정 모두 nextCourse 프로퍼티에 저장된 다음 과정을 제안하며 이는 학생이 과정을 완료한 후 수강해야 하는 과정에 대한 미소유 옵셔널 참조를 유지합니다.

Unowned Optional Reference

미소유 옵셔널 참조는 래핑하는 클래스의 인스턴스에 강하게 유지하지 않으므로 ARC가 인스턴스를 할당 해제하는 것을 방지하지 않습니다. 미소유 옵셔널 참조가 nil 이 될 수 있다는 점을 제외하고 미소유 참조는 ARC에서 수행하는 것과 동일하게 동작합니다.

옵셔널이 아닌 미소유 참조와 같이 nextCourse 가 항상 할당 해제되지 않은 과정을 참조하도록 해야합니다. 예를 들어 department.courses 에서 과정을 삭제할 때 다른 과정에 있을 수 있는 모든 참조를 삭제해야 합니다.

NOTE 옵셔널 값의 기본 타입은 Swift 표준 라이브러리에 열거형 인 Optional 입니다. 그러나 옵셔널은 값 타입에 unowned 를 표기할 수 없는 규칙에 대해 예외입니다.

클래스를 래핑한 옵셔널은 참조 카운팅을 사용하지 않으므로 강한 참조를 옵셔널로 유지할 필요가 없습니다.

미소유 참조와 암묵적 언래핑된 옵셔널 프로퍼티 (Unowned References and Implicitly Unwrapped Optional Properties)

위에서 약한 참조와 미소유 참조에 대한 예제는 강한 참조 사이클을 중단해야 하는 일반적인 2가지 시나리오를 다룹니다.

PersonApartment 예제는 둘 다 nil 이 될 수 있는 프로퍼티가 강한 참조 사이클을 유발할 수 있는 가능성이 있는 상황을 보여줍니다. 이 시나리오는 약한 참조로 해결하는 것이 가장 좋습니다.

CustomerCreditCard 예제는 nil 이 허용되는 하나의 프로퍼티와 nil 일 수 없는 프로퍼티가 강한 참조 사이클을 유발할 수 있는 가능성이 있는 상황을 보여줍니다. 이 시나리오는 미소유 참조로 해결하는 것이 가장 좋습니다.

그러나 두 프로퍼티 모두 항상 값이 있고 초기화가 완료되면 nil 이 되어서는 안되는 세번째 시나리오가 있습니다. 이 시나리오에서는 한 클래스의 미소유 프로퍼티를 다른 클래스에 암시적으로 언래핑된 옵셔널 프로퍼티와 결합하는 것이 유용합니다.

이렇게 하면 참조 사이클을 피하면서 초기화가 완료되면 두 프로퍼티 모두에 옵셔널 언래핑 없이 직접적으로 접근할 수 있습니다. 이 섹션에서는 이러한 관계를 어떻게 설정하는지 보여줍니다.

아래의 예제는 프로퍼티로 다른 클래스의 인스턴스를 각 저장하는 CountryCity 인 2개의 클래스를 정의합니다. 이 데이터 모델에서 모든 국가는 항상 수도를 가지고 있고 모든 도시는 항상 국가에 속해 있어야 합니다. 이것을 표현하기 위해 Country 클래스는 capitalCity 프로퍼티를 가지고 있고 City 클래스는 country 프로퍼티를 가지고 있습니다:

class Country {
let name: String
var capitalCity: City!
init(name: String, capitalName: String) {
self.name = name
self.capitalCity = City(name: capitalName, country: self)
}
}
class City {
let name: String
unowned let country: Country
init(name: String, country: Country) {
self.name = name
self.country = country
}
}

두 클래스 간의 상호 종속성을 설정하기 위해 City 에 대한 초기화 구문은 Country 인스턴스를 가지고 있고 country 프로퍼티에 저장합니다.

City 에 대한 초기화 구문은 Country 에 대한 초기화 구문 내에서 호출됩니다. 그러나 Country 에 대한 초기화 구문은 2단계 초기화 (Two-Phase Initialization) 에서 설명 했듯이 새로운 Country 인스턴스가 완벽히 초기화 될 때까지 City 초기화 구문에 self 를 전달할 수 없습니다.

이 요구사항을 처리하려면 CountrycapitalCity 프로퍼티를 타입 설명의 끝에 느낌표 (City!)로 표시되는 암시적 언래핑된 옵셔널 프로퍼티로 선언합니다. capitalCity 프로퍼티는 다른 옵셔널과 같이 nil 의 기본값을 가지지만 암시적 언래핑된 옵셔널 (Implicitly Unwrapped Optionals) 에서 설명 했듯이 언래핑 할 필요없이 값에 접근할 수 있다는 의미입니다.

capitalCity 는 기본 nil 값을 가지므로 새로운 Country 인스턴스는 Country 인스턴스가 초기화 구문 내에서 name 프로퍼티를 설정하는 즉시 새로운 Country인스턴스는 완벽히 초기화 된 것으로 간주합니다. 이것은 Country 초기화 구문은 name 프로퍼티가 설정되는 즉시 암시적 self 프로퍼티를 참조하고 전달할 수 있다는 의미입니다. 따라서 Country 초기화 구문은 capitalCity 프로퍼티를 설정할 때 City 초기화 구문에 대한 하나의 파라미터로 self 를 전달할 수 있습니다.

이 모든 것은 강한 참조 사이클을 만들지 않고 단일 구문으로 CountryCity 인스턴스를 생성하고 capitalCity 프로퍼티는 옵셔널 값을 언래핑 하기위해 느낌표를 사용할 필요없이 직접 접근할 수 있다는 의미입니다:

var country = Country(name: "Canada", capitalName: "Ottawa")
print("\(country.name)'s capital city is called \(country.capitalCity.name)")
// Prints "Canada's capital city is called Ottawa"

위의 예제에서 암시적 언래핑된 옵셔널의 사용은 모든 2단계 클래스 초기화 구문 요구사항을 충족한다는 의미입니다. capitalCity 프로퍼티는 초기화가 완료되면 옵셔널이 아닌 값처럼 사용되고 접근할 수 있지만 강한 참조 사이클은 피할 수 있습니다.

클로저에 대한 강한 참조 사이클 (Strong Reference Cycles for Closures)

위에서 두 클래스 인스턴스 프로퍼티가 서로 강한 참조를 유지할 때 강한 참조 사이클이 어떻게 생성될 수 있는지 보았습니다. 또한 강한 참조 사이클을 끊기 위해 약한 참조와 미소유 참조를 어떻게 사용해야 하는지 보았습니다.

강한 참조 사이클은 클래스 인스턴스의 프로퍼티에 클로저를 할당하고 해당 클로저의 바디에 인스턴스를 캡처하는 경우에도 발생할 수 있습니다. 이 캡처는 클로저의 바디는 self.someProperty 와 같이 인스턴스의 프로퍼티에 접근하거나 클로저는 self.someMethod() 와 같이 인스턴스의 메서드를 호출하기 때문에 발생할 수 있습니다. 두 경우 모두 이러한 접근은 클로저가 self 를 "캡처" 하여 강한 참조 사이클을 생성합니다.

이 강한 참조 사이클은 클래스와 같이 클로저는 참조 타입 (reference types) 이기 때문에 발생합니다. 프로퍼티에 클로저를 할당하면 해당 클로저에 참조 를 할당하는 것입니다. 본질적으로 두 강한 참조는 서로 유지되므로 위에서와 같은 문제입니다. 그러나 두 클래스 인스턴스가 아니라 이번에는 서로 유지하는 클래스 인스턴스와 클로저입니다.

Swift는 클로저 캡처 목록 (closure capture list) 으로 알려진 이 문제를 위해 해결책을 제공합니다. 그러나 클로저 캡처 목록으로 강한 참조 사이클을 끊는 방법에 대해 배우기 전에 이러한 사이클이 어떻게 야기되는지 이해하는 것이 더 유용합니다.

아래의 예제는 self 를 참조하는 클로저를 사용할 때 강한 참조 사이클이 어떻게 생성될 수 있는지 보여줍니다. 이 예제는 HTML 문서 내에 개별 요소에 대한 간단한 모델을 제공하는 HTMLElement 라는 클래스를 정의합니다:

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")
}
}

HTMLElement 클래스는 제목 요소에 대한 "h1", 단락 요소에 대한 "p", 또는 개행 요소에 대한 "br" 과 같이 요소의 이름을 나타내는 name 프로퍼티를 정의합니다. HTMLElement 는 HTML 요소 내에 렌더링 될 텍스트를 나타내는 문자열을 설정할 수 있는 옵셔널 text 프로퍼티도 정의합니다.

이 간단한 두 프로퍼티 외에도 HTMLElement 클래스는 asHTML 이라는 지연 프로퍼티 (lazy property)를 정의합니다. 이 프로퍼티는 nametext 를 HTML 문자열 조각으로 결합하는 클로저를 참조합니다. asHTML 프로퍼티는 () -> String 또는 "파라미터가 없고 String 값을 반환하는 함수" 타입입니다.

기본적으로 asHTML 프로퍼티는 HTML 태그의 문자열 표현을 반환하는 클로저가 할당됩니다. 이 태그는 존재하면 옵셔널 text 값을 포함하고 text 가 존재하지 않으면 텍스트 콘텐츠는 없습니다. 단락 요소에 대해 클로저는 text 프로퍼티가 "some text" 또는 nil 인지에 따라 "<p>some text</p>" 또는 "<p />" 을 반환합니다.

asHTML 프로퍼티는 인스턴스 메서드와 비슷하게 이름이 지어지고 사용됩니다. 그러나 asHTML 은 인스턴스 메서드가 아니라 클로저 프로퍼티 이기 때문에 특정 HTML 요소에 대해 HTML 렌더링을 변경하기 원하면 사용자 정의 클로저로 asHTML 프로퍼티의 기본값을 대체할 수 있습니다.

예를 들어 asHTML 프로퍼티는 빈 HTML 태그를 반환하는 표현을 방지하기 위해 text 프로퍼티가 nil 이면 일부 텍스트를 기본값으로 하는 클로저로 설정할 수 있습니다:

let heading = HTMLElement(name: "h1")
let defaultText = "some default text"
heading.asHTML = {
return "<\(heading.name)>\(heading.text ?? defaultText)</\(heading.name)>"
}
print(heading.asHTML())
// Prints "<h1>some default text</h1>"

NOTE asHTML 프로퍼티는 요소가 실제로 일부 HTML 출력 타겟에 대한 문자열 값으로 렌더링 되어야 하는 경우에만 필요하므로 지연 프로퍼티로 선언됩니다. asHTML 이 지연 프로퍼티라는 사실은 초기화가 완료되고 self 가 존재할 때까지 접근할 수 없으므로 기본 클로저 내에서 self 를 참조할 수 있다는 의미입니다.

HTMLElement 클래스는 name 인자와 필요하면 text 인자를 사용하여 새로운 요소를 초기화 하는 단일 초기화 구문을 제공합니다. 이 클래스는 HTMLElement 인스턴스가 할당 해제될 때 메세지를 출력하는 초기화 해제 구문도 정의합니다.

다음은 어떻게 HTMLElement 클래스가 새로운 인스턴스를 생성하고 출력하기 위해 사용되는지 보여줍니다:

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

NOTE 위의 paragraph 변수는 강한 참조 사이클의 존재를 보여주기 위해 아래에서 nil 로 설정할 수 있으므로 옵셔널 HTMLElement 로 정의됩니다.

안타깝게도 위에서 작성한 HTMLElement 클래스는 HTMLElement 인스턴스와 기본 asHTML 값으로 사용된 클로저 간에 강한 참조 사이클을 생성합니다. 사이클은 다음과 같습니다:

Closure Reference Cycle 01

인스턴스의 asHTML 프로퍼티는 클로저에 대해 강한 참조를 유지합니다. 그러나 클로저는 바디 내에서 self.nameself.text 를 참조하는 방법 처럼 self 를 참조하기 때문에 클로저는 HTMLElement 인스턴스에 다시 강한 참조를 유지한다는 의미로 self캡처 합니다. 둘 사이에 강한 참조 사이클이 생성됩니다 (자세한 내용은 캡처값 (Capturing Values) 을 참고 바랍니다).

NOTE 클로저는 여러번 self 를 참조하지만 HTMLElement 인스턴스에 대한 하나의 강한 참조만 캡처합니다.

paragraph 변수를 nil 로 설정하고 HTMLElement 인스턴스에 대한 강한 참조를 끊으면 강한 참조 사이클 때문에 HTMLElement 인스턴스와 해당 클로저는 할당 해제되지 않습니다:

paragraph = nil

HTMLElement 초기화 해제 구문에 메세지는 출력되지 않으며 HTMLElement 인스턴스는 할당 해제 되지 않음을 보여줍니다.

클로저에 대한 강한 참조 사이클 해결 (Resolving Strong Reference Cycles for Closures)

클로저의 정의의 부분으로 캡처 목록 (capture list) 을 정의하여 클로저와 클래스 인스턴스 간의 강한 참조 사이클을 해결합니다. 캡처 목록은 클로저의 바디 내에서 하나 이상의 참조 타입을 캡처할 때 사용할 규칙을 정의합니다. 두 클래스 간의 강한 참조 사이클과 마찬가지로 캡처된 각 참조를 강한 참조가 아닌 약한 참조 또는 미소유 참조로 선언합니다. 약한 참조 또는 미소유 참조의 적절한 선택은 코드의 다른 부분 간의 관계에 따라 다릅니다.

NOTE Swift는 클로저 내에서 self 의 멤버를 참조할 때마다 someProperty 또는 someMethod() 가 아닌 self.someProperty 또는 self.someMethod() 로 작성해야 합니다. 이것은 실수로 self 를 캡첩할 수 있는 것을 기억하는데 도움이 됩니다.

캡처 목록 정의 (Defining a Capture List)

캡처 목록에서 각 항목은 self 처럼 클래스 인스턴스 또는 delegate = self.delegate 와 같은 어떤 값을 초기화된 변수에 대한 참조가 있는 weak 또는 unowned 키워드와 쌍을 이룹니다. 이 쌍은 콤마로 구분하여 대괄호 내에 작성됩니다.

캡처 목록은 클로저의 파라미터 목록 전에 위치하고 반환 타입이 있다면 파라미터 목록 다음에 위치합니다:

lazy var someClosure = {
[unowned self, weak delegate = self.delegate]
(index: Int, stringToProcess: String) -> String in
// closure body goes here
}

클로저는 컨텍스트로 부터 유추할 수 있기 때문에 파라미터 목록 또는 반환 타입을 지정하지 않으면 캡처 목록은 클로저의 가장 처음에 위치하고 이어서 in 키워드가 옵니다:

lazy var someClosure = {
[unowned self, weak delegate = self.delegate] in
// closure body goes here
}

약한 참조와 미소유 참조 (Weak and Unowned References)

클로저와 캡처한 인스턴스가 항상 서로를 참조하고 항상 같은 시간에 할당 해제될 때 클로저의 캡처를 미소유 참조로 정의합니다.

반대로 캡처된 참조가 향후에 nil 이 될 때 약한 참조로 캡처를 정의합니다. 약한 참조는 항상 옵셔널 타입이고 참조하는 인스턴스가 할당 해제되면 자동으로 nil 이 됩니다. 이를 사용하여 클로저의 바디 내에서 존재하는지 확인할 수 있습니다.

NOTE 캡처된 참조가 nil 이 되지 않으면 약한 참조보다 미소유 참조로 항상 캡처되어야 합니다.

미소유 참조는 위의 클로저에 대한 강한 참조 사이클 (Strong Reference Cycles for Closures) 에서 HTMLElement 예제에서 강한 참조 사이클을 해결하기 위해 사용할 적절한 캡처 방법입니다. 다음은 사이클을 피하기 위해 HTMLElement 클래스를 어떻게 작성하는지 보여줍니다:

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")
}
}

HTMLElement 의 구현은 asHTML 클로저 내에서 캡처 목록의 추가를 제외하면 이전 구현과 동일합니다. 이러한 경우에 캡처 목록은 "강한 참조가 아닌 미소유 참조로 self 를 캡처합니다" 라는 의미의 [unowned self] 입니다.

이전과 같이 HTMLElement 인스턴스를 생성하고 출력할 수 있습니다:

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

다음은 캡처 목록이 참조에서 어떻게 보이는지 나타냅니다:

Closure Reference Cycle 02

이번에는 클로저에 의해 self 의 캡처는 미소유 참조이고 캡처한 HTMLElement 인스턴스를 강하게 유지하지 않습니다. paragraph 변수를 nil 로 강한 참조를 설정하면 아래 예제에서 초기화 해제 구문 메세지를 출력하는 것을 확인했듯이 HTMLElement 인스턴스는 할당 해제 됩니다.

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

더 자세한 내용은 캡처 목록 (Capture Lists) 을 참고 바랍니다.