～あなたのJavaプログラムを速く、止まりにくくするメモリの仕組み～
はじめに：なぜGCを理解すべきなのか？
Javaを勉強していると、よく聞くのが「GC（ガーベジコレクション）」という言葉。
これは、使わなくなったメモリを自動的に回収してくれる仕組みです。
つまり、Javaが「メモリ掃除」を自動でしてくれる機能のこと。
とても便利な仕組みですが、その掃除のやり方（GCの種類）によって性能が大きく変わるのです。
もし、プログラムが急に止まったり、動作が重くなったりするなら、
それはGCの「掃除タイミング」や「やり方」が原因かもしれません。
この記事では、代表的なGCの仕組みである
G1GC と ZGC を中心に、違いと使い分けを分かりやすく解説します。
GCとは？ 〜メモリ掃除の自動化〜
Javaプログラムでは、オブジェクトを作るたびにメモリ（Heap）が使われます。
でも、使い終わったオブジェクトを手動で消す必要はありません。
JVM（Java仮想マシン）が定期的に「もう使われていないオブジェクト」を検出して回収してくれます。
この自動回収の仕組みが Garbage Collection（GC） です。
しかし、GCが動いている間は一時的にプログラムが止まります。
これを 「STW（Stop The World）」 と言い、
大量のメモリを扱うアプリでは、この“止まる時間”が問題になるのです。
代表的なGCの種類
Javaには複数のGCアルゴリズムがあり、JVMの設定で切り替えられます。
ここでは、特に実務でもよく使われる G1GC と ZGC に注目します。
G1GC（Garbage First Garbage Collector）
特徴
G1GCは、JDK9以降で標準採用されているGC方式です。
ヒープを「小さなブロック（リージョン）」に分けて、
ゴミが多く溜まっている部分から優先的に回収します。
名前の「Garbage First（ゴミを最初に）」はここから来ています。
メリット
- ポーズ時間（止まる時間）を制御しやすい
- 大規模アプリでも安定して動作
- チューニング次第で高いスループットが得られる
デメリット
- 設定を誤ると性能が出にくい
- 超低遅延が求められるケースには不向き
向いている場面
- Webシステム、業務アプリ、バッチ処理など
- 「なるべく止まらずに、でも速度もほしい」アプリ
ZGC（Z Garbage Collector）
特徴
ZGCは、「止まらないGC」を目指して開発された最新のGCです。
非常に大きなヒープ（数百GB～数TB）でも、
数ミリ秒以下のポーズで動作するのが最大の魅力です。
内部的には、メモリアドレスの参照を“色付きポインタ”で管理し、
並行して掃除（マーク＆リロケーション）を行います。
つまり、アプリが動いている最中にもメモリ掃除が進むのです。
メリット
- ポーズ時間が極めて短い（数ミリ秒以下）
- ヒープがどれだけ大きくてもパフォーマンスが安定
- チューニングがほとんど不要
デメリット
- 小規模サーバーではオーバーヘッドが大きく逆効果なことも
- ある程度のメモリ余裕と新しいJavaバージョンが必要
向いている場面
- リアルタイム性が求められるシステム（株式取引、チャット、ゲーム）
- ヒープが非常に大きいアプリケーション
GCの挙動を比較してみよう
| 比較項目 | G1GC | ZGC |
|---|---|---|
| 目的 | ポーズ時間を抑えつつ高スループット | 超低遅延・最小ポーズ時間 |
| ポーズ時間 | 数十〜数百ミリ秒 | 数ミリ秒以下 |
| ヒープ分割 | リージョン単位 | カラー化ポインタ管理 |
| メモリ効率 | 高い | やや高いがメモリ消費も多め |
| チューニング難易度 | 中程度 | 低（ほぼ自動調整） |
| 対応環境 | 多くのアプリで安定 | 大規模・高負荷環境向け |
| 推奨バージョン | Java 11以降 | Java 15以降（安定化） |
実務での選び方ガイド
小規模・中規模システムの場合
→ G1GC がおすすめ。
ヒープサイズが数GB程度なら、十分安定して動作します。
大規模・リアルタイム処理の場合
→ ZGC を検討。
ヒープが非常に大きい、または“止まることが許されない”環境に最適です。
GCチューニングの基本ポイント
-Xms：ヒープの初期サイズ-Xmx：ヒープの最大サイズ-XX:+UseG1GCまたは-XX:+UseZGCでGC方式を指定- GCログを出力して、停止時間と回収率を確認
GCがアプリに与える影響
GCの選択は、アプリのレスポンス・安定性・スループットに大きく影響します。
特に業務アプリでは「少しの遅延」がユーザー体験を左右することもあります。
例えば、ZGCを導入すると数百ミリ秒の停止が数ミリ秒に短縮され、
レスポンス速度が大幅に向上するケースもあります。
一方で、小規模アプリではG1GCの方が軽くて効率的。
つまり、「早いGCがいつも最適」ではなく、アプリの性格に合わせて選ぶことが大切です。
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まとめ
- GCとは、使わなくなったオブジェクトを自動的に回収する仕組み
- G1GCは「止まりにくくて安定」、ZGCは「ほとんど止まらない」
- 小規模システムはG1GC、大規模・低遅延システムはZGCが最適
- GCの違いを理解することで、Javaアプリの安定性とパフォーマンスが向上する
次回は、「GCログの読み方とチューニングのコツ」について解説予定です。
その前に、まずは一度、自分のプログラムがどのGCを使っているのかを確認してみましょう。
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