Java Garbage Collection（ガベージコレクション）とは？仕組みと実践解説

Javaが広く利用される理由の一つに 自動メモリ管理 があります。Javaでは、不要なメモリ領域を Garbage Collection（ガベージコレクション、GC） が自動的に解放し、メモリ管理をプログラマが意識する必要が少なくなっています。

しかし、ガベージコレクションの仕組みを理解していないと、パフォーマンスの低下やメモリ不足（OutOfMemoryError）を招く原因となります。

この記事では、Javaの ガベージコレクション（GC） の仕組み、役割、動作原理、そして効率的なコードを書くためのポイントを詳しく解説します。

1. Javaのガベージコレクションとは？

ガベージコレクション（GC） とは、Javaプログラムで 不要になったオブジェクト を自動的に検出し、メモリから解放する仕組みです。

プログラムが新しいオブジェクトを生成すると、メモリの一部が使われます。しかし、そのオブジェクトが不要になった場合、メモリが解放されなければメモリ不足（メモリリーク）が発生します。

Javaでは、GCが 参照されなくなったオブジェクト を自動的にメモリから解放し、メモリの再利用を可能にします。

ガベージコレクションが行われる対象は、JVMの ヒープ領域（Heap） です。

ヒープ領域は大きく以下の3つに分けられます：

Young Generation（若い世代）
- 新しく作成されたオブジェクト が格納される領域。
- GCが頻繁に行われます（Minor GC）。
- Eden領域 と Survivor領域 に分かれています。
Old Generation（年老いた世代）
- Young Generationから生き残ったオブジェクトが移動する領域。
- 長期間使用されるオブジェクトがここに格納されます。
- GCの頻度は少ないが時間がかかる（Major GC / Full GC）。
Metaspace（メタスペース）
- Java 8以降、クラスやメソッド情報を格納する領域。
- Java 7以前の Permanent Generation に代わるもの。

Javaでは、以下のようなGCアルゴリズムが使用されます：

GC実行中はすべてのスレッドが一時停止します。これを Stop the World と呼びます。STWの時間を短くすることが、GCの性能向上において重要です。

種類	対象領域	頻度	特徴
Minor GC	Young Generation	頻繁	処理が高速。YoungのGCのみ。
Major GC	Old Generation	少ない	時間がかかる。全領域を対象。
Full GC	Young + Old全領域	稀	アプリケーション全体を停止。

GCは以下のように動作します：

オブジェクト生成
- オブジェクトはまず Eden領域 に生成されます。
Minor GC
- Eden領域のオブジェクトをスキャンし、生き残ったオブジェクトを Survivor領域 に移動。
- 移動が繰り返され、一定回数生存したオブジェクトは Old Generation へ移動します。
Major GC（Full GC）
- Old GenerationでGCが発生。
- アプリケーションの停止時間が長くなる可能性があります。

GCの動作を確認するには、JVMにオプションを追加してログを有効化します。

java -Xlog:gc MyApp<br>

1	java -Xlog:gc MyApp<br>

アプリケーションの特性に応じてGCアルゴリズムを選択します。