Swiftの循環参照と@escapingについて

Question

Swiftの循環参照とクロージャーの@escaping属性について質問です。
どう言う時に循環参照が起こるため、[weak self]をつければいいのかが自分の中で曖昧です。
各パターンのコードで循環参照の理解が正しいのかご助言いただきたいです🙇‍♂️
また、最後のパターンについて、なぜ循環参照になるのかがよくわかっていないので、そこもご助言いただけると幸いです。

自分の中では@escapingがついてたら[weak self]をつけるという理解でした。
なぜなら、@escapingがつくクロージャーはクロージャーを保持しているクラスのプロパティなどに保存されるので、そのプロパティ強参照され、また、クロージャー内のselfも強参照なので、互いが循環参照になってしまうと言う感じの理解をしています。

例えば、下記の二つのクラス間でクロージャーをやりとりする場合、クロージャーがテストBを参照、テストBがテストAを参照、テストAがクロージャーを参照しているから、三つのオブジェクト間で循環参照が起こってしまうと言う理解です。

class Test1 {
    var completionHandlers = [() -> Void]()
    func someFunctionWithEscapingClosure(completionHandler: @escaping () -> Void) {
        completionHandlers.append(completionHandler)
    }
}


class TestB {

    let a = 2

    let test1 = Test1()


    func hoge() {
        test1.someFunctionWithEscapingClosure {
            print(self.a)
        }
    }

}

では下記のコード場合はどうなのでしょうか？（知り合いに聞いたところ二つとも循環参照はしていないとのことでしたがその理由は下記の理解であっていますか？）

パターン１

class Test1 {

    let a = 1

    func hoge(clousure:(() -> Void)){
        clousure()
    }

    func executeClousure() {
        hoge {
            print(a)
        }
    }

}

パターン２

class Test1 {
    func someFunctionWithEscapingClosure(completionHandler: () -> Void) {
        completionHandler()
    }
}

class TestB {

    let a = 2

    let test1 = Test1()

    func hoge() {
        test1.someFunctionWithEscapingClosure {
            print(a)
        }
    }

}

パターン１の場合、クロージャーがTest1を参照しているが、Test1がクロージャーを直接参照しているわけではないから循環参照にはならない。

パターン２の場合もTest1がcompletionHandlerを直接参照しているわけではないから、三つのオブジェクト間では循環参照になっていない。

上記の理解が正しいとすると、下記のコードがよくわかりません。

パターン３

class Test1 {
    func download(completionHandler: @escaping (String) -> Void){
        let task = URLSession.shared.dataTask(with: URLRequest(url: URL(string: "https://example.com")!)) { data, res, err in
            if let err = err {
                print(err)
            }

            if let data = data {
                completionHandler(data.description)
            }
        }
    }
}

class Test2 {
    let test1 = Test1()

    let selfString = "self"

    func hoge() {
        test1.download { string in
            print(self.selfString + string)
        }
    }
}

下記のコードは、Test1はcompletionHandlerを強参照していないので、Test1、Test2、completionHandlerで循環参照が起こるとは考えにくいです。
なぜ上記のコードは循環参照が起こるのでしょうか？？

Answer 1

パターン 3 は循環参照ではありませんが、hoge() の中のクロージャが self (Test2) を強参照しているので、ダウンロード終了するまで Test2 のインスタンスが解放されません。

例えば Test2 が UIViewController のサブクラスとして、ダウンロード開始直後にその画面を閉じた場合でも、ダウンロード終了まで Test2 インスタンスは生きていて、クロージャの処理が行われてしまいます。(クロージャから抜ければ self の参照もなくなって Test2 インスタンスは破棄されるので、メモリーリークにはならないはず。)

画面を閉じた後にダウンロード終了時の処理を行いたくない場合は、hoge() の中のクロージャで [weak self] を使うと良いでしょう。これにより、画面を閉じたら (他に参照がなければ) Test2 インスタンスは破棄され、クロージャが呼ばれたときには guard let で return して何もしないことになります。(逆に、画面を閉じた後でも処理を行いたいなら [weak self] は不要ですが、画面が閉じられた可能性を考慮してコードを書く必要があります。)

    func hoge() {
        test1.download { [weak self] string in
            guard let self = self else { return }
            print(self.selfString + string)
        }
    }

参考: 【Swift】非同期処理で意外と見落とすバグをテストで自動チェックする - Qiita (「非同期処理時の思わぬ挙動を確認する」の項目)