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null 처리된 객체가 왜 GC에 의해 수집되지 않을까요?

다음과 같은 질문이 있군요.

C# WeakReference이 CPU 플랫폼 설정마다 결과가 틀리게 나옵니다.
; https://www.sysnet.pe.kr/3/0/4702

문제를 정리해 보면, 다음과 같이 코딩을 한 경우 (제 환경에서) Debug 빌드로 하면 Target이 살아 있는 걸로 나옵니다.

// .NET 4.5.2 + Debug 빌드 테스트 (x86/x64)
public class Man
{
    public string Name
    {
        get;
        private set;
    }

    public Man(string name)
    {
        Name = name;
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        TestWeakReference();

        Console.ReadKey();
    }

    private static void TestWeakReference()
    {
        Man m = new Man("A");
        WeakReference refMan = new WeakReference(m);

        m = null;

        GC.Collect();

        Console.WriteLine("약한 참조 원본: {0}", (m == null ? "null" : m.Name));
        Console.WriteLine("약한 참조 참조: {0}", (refMan.Target == null ? "null" : (refMan.Target as Man).Name));
    }
}

// 출력 결과
약한 참조 원본: null
약한 참조 참조: A

코드 상으로 보면 분명 "m = null"로 되었고 GC.Collect가 수행되었으니 당연히 WeakReference의 Target이 null이 나와야 합니다. 그런데, 왜 여전히 살아있을까요?

사실, 제가 답변에도 썼지만 마이크로소프트 입장에서는 WeakReference의 Target이 정확히 언제 null로 된다거나, 심지어 힙 객체가 '정해진 시점'에 해제된다고 명시하고 있진 않습니다. 즉, 그 시점을 정확히 예측해서 어떤 부가적인 코드를 작성하는 것은 바람직하지 않습니다.

그래도, 저런 결과가 나오면 좀 이상하긴 할텐데요. 어디... 그 원인을 한번 밝혀 볼까요? ^^

일단, 우리가 배운 바로는 GC가 되려면 또 다른 참조 객체, 스택 및 레지스터(CPU Register)에 그 참조가 없어야 한다는 것입니다. 그렇다면, 저 경우에 분명히 그 세가지 중의 하나는 어디에선가 참조값이 있어야 합니다.

그중에서 우선 "또 다른 참조 객체"는 후보가 아닙니다. 코드상에 WeakReference가 'm'의 참조값을 가지고는 있지만 GC는 Weak 참조는 GC 대상에서 고려하지 않기 때문에 무시해도 됩니다. 나머지 후보라면 스택 및 레지스터가 있는데요. 이를 살펴보기 위해 다음과 같이 소스 코드에 Console.ReadKey()를 추가하고,

private static void TestWeakReference()
{
    Man m = new Man("A");

    WeakReference refMan = new WeakReference(m);

    Console.ReadKey();

    m = null;

    GC.Collect();

    Console.WriteLine("약한 참조 원본: {0}", (m == null ? "null" : m.Name));
    Console.WriteLine("약한 참조 참조: {0}", (refMan.Target == null ? "null" : (refMan.Target as Man).Name));

    Console.ReadKey();
}

실행한 후 Visual Studio를 이용해 "Attach to Process..."로 연결한 다음 저 상태에서의 기계어 코드를 확인해 봅니다. 그럼, 대략 다음과 같은 화면을 볼 수 있습니다.

gc_weak_ref_1.png

여기서, 생성된 m에 대한 인스턴스를 보관하고 있는 곳은 2군데입니다.

하나는 가장 상단의 "call 00007FFDDCB24C10"로 표현된 Man 객체의 생성자 호출에 이은 "mov qword ptr [rbp-40h], rax"로 "[rbp-40h]" 스택에 보관되어 있고,

00007FFD7D4D0510 E8 FB 46 65 5F       call        00007FFDDCB24C10  
00007FFD7D4D0515 48 89 45 C0          mov         qword ptr [rbp-40h],rax  

또 하나는 [rbp-40h]의 값을 다시 [rbp-30h]로 이동해서 보관해 놓은 것입니다.

00007FFD7D4D052F 48 8B 4D C0          mov         rcx,qword ptr [rbp-40h]  
00007FFD7D4D0533 48 89 4D D0          mov         qword ptr [rbp-30h],rcx  

반면 하단에서 "m = null" 할 때는 [rbp-30h] 값만 0으로 대입하고 있습니다.

        m = null;
00007FFD7D4D0569 33 C0                xor         eax,eax  
00007FFD7D4D056B 48 89 45 D0          mov         qword ptr [rbp-30h],rax  

실제로 [rbp-40h]의 값과 [rbp-30h]의 값이 같다는 것을 메모리 창을 통해서 확인할 수 있습니다. 레지스터 창을 통해 RBP == 0000006B335FEE10로 나오니까, 각각 다음과 같이 계산되고,

[rbp-40h] == 0x0000006B335FEDE0
[rbp-30h] == 0x0000006B335FEDD0

이에 대한 메모리 값을 확인해 보면 "e8 45 a4 40 5a 02 00 00"로 동일하게 나옵니다.

gc_weak_ref_2.png

따라서, GC는 [rbp-30h]의 참조가 없어졌다 해도 [rbp-40h]의 값으로 인해 해당 객체를 제거하지 못했던 것입니다.

어디... 그럼 실험으로 증명해 볼까요? ^^

해당 스택의 값을 비주얼 스튜디오의 메모리 창을 통해 임의로 '00 00 00 00 00 00 00 00'으로 초기화할 수 있습니다.

gc_weak_ref_3.png

이렇게 해준 다음 실행을 계속해 보면 다음과 같이 성공적으로 참조 해제가 된 것을 확인할 수 있습니다.

약한 참조 원본: null
약한 참조 참조: null

그러니까, 결국 JIT 컴파일러가 생성해 낸 기계어 코드에서 Debug 빌드인 경우 스택에 두번 보관해 놓은 값 때문에 저런 문제(?)가 발생한 것입니다.




이 때문에 Release 빌드로 하면 이런 문제가 발생하지 않습니다. 릴리스 빌드 시 JIT 컴파일러는 최적화된 코드를 생성하기 때문에 쓸데없는 스택 낭비를 유발하는 코드를 생성하지 않기 때문입니다.

이 외에도 코드를 다음과 같이 바꿔주면 Debug 빌드 시에도 약한 참조가 끊기게 됩니다.

// .NET 4.5.2 + Debug/Release 빌드 테스트 (x86/x64)
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        WeakReference refMan = TestWeakReference();
        GC.Collect();

        Console.WriteLine("약한 참조 참조: {0}", (refMan.Target == null ? "null" : (refMan.Target as Man).Name));
        Console.ReadKey();
    }

    private static WeakReference TestWeakReference()
    {
        Man m = new Man("A");

        WeakReference refMan = new WeakReference(m);

        m = null;

        Console.WriteLine("약한 참조 원본: {0}", (m == null ? "null" : m.Name));

        return refMan;
    }
}

// 출력 결과
약한 참조 원본: null
약한 참조 참조: null

이유를 아시겠죠? ^^ 이런 경우 디버그 빌드로 해도 스택에 2중으로 보관되어 있던 값이 메서드가 리턴하면서 스택이 해제되기 때문에 CLR의 GC 구성 요소가 검사해야 할 영역에서 제외되기 때문입니다.

(첨부한 코드는 이 글의 예제를 포함합니다.)




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 7/10/2021]

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댓글 쓴 사람
 



2016-06-09 08시29분
[kernel0] 궁금한게 있습니다. m = null; 부근쯤에 breakpoint 잡고 start debugging 으로 작업하지 않고, attach to process 로 붙이는 이유는 뭔가요? debug heap 사용 같은 것을 피하려고 하는 건가요?
[손님]
2016-06-09 09시13분
@kernel0 가능한 debugger로 영향받는 것을 없애기 위해 그렇게 한 것입니다. 일례로, 본문에서 rbp-xxh로 나오는데 디버거로 연결해 두면 rbp+xxh와 같은 식으로 변화가 발생합니다.
정성태
2016-06-10 05시01분
[kernel0] 답변 감사드립니다 :) native c++ 같이 디버거가 있건 없건 disassembly가 같은 줄 알았습니다.
[손님]
2016-08-21 09시03분
[tera] 감사합니다! 스크랩을..
[손님]
2016-08-21 09시08분
[tera] 원문링크 포함해서 스크랩해갈게요! 궁금했던 내용이었는데 정말 감사합니다.
[손님]
2019-04-15 04시54분
정성태

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