[iOS] Memory Leak (메모리 누수)

**메모리 누수(Memory Leak)**는 프로그램이 메모리를 동적으로 할당한 후, 더 이상 필요하지 않은 메모리를 반환하지 않아서 해당 메모리가 계속 사용 중인 것처럼 남아 있는 현상입니다. 메모리 누수는 시스템의 메모리 자원을 고갈시켜 성능 저하나 프로그램의 비정상적인 종료를 초래할 수 있습니다. 특히 iOS 앱 개발에서 메모리 누수는 사용자 경험을 심각하게 저해할 수 있으며, 이러한 문제를 미리 예방하고 해결하는 것이 중요합니다.

1. 메모리 관리의 기본 개념

iOS 앱 개발에서는 메모리 관리가 중요한 역할을 합니다. 객체는 메모리 상에서 동적으로 할당되고, 더 이상 사용되지 않으면 해제되어야 합니다. 메모리 관리는 주로 **Automatic Reference Counting(ARC)**에 의해 이루어지며, ARC는 객체의 참조 카운트를 기반으로 메모리를 관리합니다. 그러나 ARC도 메모리 누수를 자동으로 처리하는 것은 아니므로 개발자가 메모리 관리를 신경 써야 합니다.

2. 메모리 누수의 원인

메모리 누수는 다양한 원인으로 발생할 수 있으며, 주로 참조 순환이나 부적절한 메모리 해제로 인해 발생합니다. 주요 원인들은 다음과 같습니다.

1) Retain Cycle (참조 순환)

Retain Cycle은 두 개 이상의 객체가 서로를 강하게 참조하여, 서로의 참조 카운트를 0으로 만들지 못하게 만드는 현상입니다. 두 객체가 서로를 참조하고 있을 때, 더 이상 사용되지 않더라도 그 객체들의 참조 카운트가 계속 1 이상이 되어 메모리가 해제되지 않습니다. 이는 메모리 누수를 초래할 수 있습니다.

예를 들어, 두 객체가 서로 강하게 참조하는 경우, 각각의 객체는 상대방을 참조하고 있어 메모리에서 해제되지 않습니다. 이 상태가 계속 유지되면 메모리가 계속 할당되므로, 메모리 누수가 발생합니다.

예시

class ObjectA {
	var objectB: ObjectB? 
}

class ObjectB {
	var objectA: ObjectA? 
} 

// 두 객체가 서로를 참조하는 상태 
let objectA = ObjectA() 
let objectB = ObjectB() 
objectA.objectB = objectB 
objectB.objectA = objectA

위 코드에서 objectA와 objectB는 서로를 강하게 참조하고 있습니다. 이 경우, 두 객체는 더 이상 필요하지 않더라도 메모리에서 해제되지 않습니다. 이처럼 강한 참조로 인한 retain cycle은 메모리 누수를 일으킵니다.

2) Delegate 강한 참조

Delegate 패턴을 사용할 때, delegate 프로퍼티를 강한 참조(strong reference)로 설정하면 메모리 누수가 발생할 수 있습니다. 이는 delegate가 self를 강하게 참조하여, 객체가 해제되지 않는 문제가 발생할 수 있습니다.

예시

protocol SomeDelegate: AnyObject { 
	func doSomething() 
}

class SomeClass { 
	var delegate: SomeDelegate? 
    
    func performAction() { 
    	delegate?.doSomething() 
    }
}

delegate가 self를 강하게 참조하는 경우, SomeClass의 인스턴스는 메모리에서 해제되지 않고 계속 메모리를 차지하게 됩니다. 이를 방지하려면 delegate를 weak 참조로 설정해야 합니다.

class SomeClass { 
	weak var delegate: SomeDelegate? 
}

weak 참조를 사용하면 SomeClass 객체가 더 이상 사용되지 않으면 delegate도 자동으로 nil로 설정되어 메모리에서 해제됩니다.

3) Timer나 Notification의 Strong Reference

Timer나 Notification도 메모리 누수의 원인이 될 수 있습니다. 예를 들어, 타이머가 객체를 강하게 참조하거나, NotificationCenter가 객체를 강하게 참조하면, 객체가 더 이상 사용되지 않더라도 타이머나 알림의 리스너로 계속 참조되므로 메모리에서 해제되지 않습니다.

예시: Timer

class MyClass { 
	var timer: Timer? 
    
    func startTimer() { 
    	timer = Timer.scheduledTimer(timeInterval: 1.0, target: self, selector: #selector(self.update), userInfo: nil, repeats: true) 
    }
    
    @objc func update() { 
    	// 타이머가 호출하는 메서드 
    }
}

위 코드에서 timer는 self를 강하게 참조하고 있으므로, MyClass의 인스턴스가 해제되지 않습니다. 이를 방지하려면 타이머를 weak 참조로 설정하거나, 타이머를 적절한 시점에 invalidate하여 해제해야 합니다.

class MyClass { 
	weak var timer: Timer? 
    
    func startTimer() { 
    	timer = Timer.scheduledTimer(timeInterval: 1.0, target: self, selector: #selector(self.update), userInfo: nil, repeats: true) 
    }
    
    func stopTimer() { 
    	timer?.invalidate() 
    }
    
    @objc func update() { 
    	// 타이머가 호출하는 메서드 
    }
}

4) C-Style API와 메모리 관리

iOS에서 C-Style API를 사용할 때는 malloc, free 등의 메모리 관리 함수에 의해 발생할 수 있는 누수를 주의해야 합니다. 이러한 API는 메모리를 명시적으로 할당하고 해제하는 방식이므로, 메모리 해제를 잊거나 잘못 처리하면 메모리 누수가 발생할 수 있습니다.

3. 메모리 누수의 영향

메모리 누수는 애플리케이션 성능에 심각한 영향을 미칩니다. 특히 장시간 실행되는 앱에서 메모리 누수가 발생하면, 메모리 부족으로 인한 크래시나 애플리케이션 응답 없음 현상이 발생할 수 있습니다. 메모리 누수의 영향은 다음과 같습니다.

1) 성능 저하

메모리 누수는 시스템 메모리를 차지하고, 이는 결국 시스템 성능을 저하시킵니다. 특히 모바일 환경에서는 메모리 자원이 제한적이므로, 메모리 누수는 빠르게 성능 저하를 초래할 수 있습니다.

2) 앱 크래시

메모리가 부족하면, 앱이 크래시를 일으킬 수 있습니다. iOS에서는 메모리가 부족하면 앱이 자동으로 종료되거나, 심각한 오류가 발생할 수 있습니다. 메모리 누수가 지속되면 앱이 자주 크래시될 수 있습니다.

3) 사용자 경험 저하

메모리 누수로 인한 성능 저하는 사용자 경험을 크게 저하시킬 수 있습니다. 앱이 느려지거나 자주 멈추는 현상이 발생하면, 사용자는 앱을 종료하거나 다른 앱을 사용할 가능성이 높아집니다.

4. 메모리 누수 해결 방법

1) Xcode Instruments 사용

Xcode에서 제공하는 Instruments 도구는 메모리 문제를 추적하는 데 유용한 도구입니다. 특히 Leaks 도구를 사용하여 메모리 누수를 추적하고, 어떤 객체가 해제되지 않았는지 확인할 수 있습니다. 또한 Allocations 도구를 사용하여 메모리 할당을 추적하고, 객체가 얼마나 자주 할당되고 해제되는지 분석할 수 있습니다.

2) Retain Cycle을 방지하는 방법

retain cycle을 방지하기 위해 weak 또는 unowned 참조를 적절히 사용해야 합니다. weak 참조는 객체가 메모리에서 해제되면 nil로 설정되므로, 참조 순환을 피할 수 있습니다. unowned 참조는 객체가 해제된 후에도 참조가 남아 있을 경우, 접근하면 오류가 발생하게 하여 참조 순환을 방지합니다.

3) Timer와 Notification 관리

타이머나 알림은 invalidate 메서드를 호출하여 명시적으로 해제해야 합니다. 또한, weak 참조를 사용하여 객체가 타이머나 알림에 의해 참조되지 않도록 해야 합니다.

4) C-Style API에서 메모리 관리

C-Style API를 사용할 때는 할당된 메모리를 명시적으로 해제하는 것을 잊지 않아야 합니다. 이를 위해 free나 CFRelease 등의 함수를 사용하여 메모리를 적절히 관리해야 합니다.

결론

메모리 누수는 앱 성능 저하, 크래시, 사용자 경험 저하 등의 심각한 문제를 초래할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 적절한 메모리 관리 기법을 사용해야 하며, Xcode의 Instruments와 같은 도구를 활용하여 메모리 문제를 추적하고 해결해야 합니다. 특히 retain cycle, delegate, timer 등의 문제를 신중하게 다루어야 하며, 메모리 관리를 정확하게 수행하는 것이 중요합니다.