JVM - 覚え書き.com

1. Javaのメモリ管理とは？

Javaはプログラマーが手動でメモリを解放しなくても良い言語です。
C・C++のように free() を使う必要はありません。

Javaでは、必要なくなったオブジェクトを自動で回収（解放）する仕組みが備わっています。
これを**ガーベジコレクション（Garbage Collection, GC）**と呼びます。

「解放漏れによるメモリリークが発生しづらい」
→ Javaが幅広く使われる理由の1つ

2. Javaのメモリ領域：ヒープとスタック

Javaアプリのメモリは主に次の2領域で管理されます。

領域	役割	特徴
ヒープ（Heap）	オブジェクト、配列を格納	GCの対象
スタック（Stack）	メソッド実行中の変数・参照	メソッド終了で自動解放

ヒープ領域の構造（JDK8以降）

領域	内容
Young Generation	新規オブジェクト領域（Eden、Survivor）
Old Generation	長生きするオブジェクト領域

多くのオブジェクトはすぐ不要になる → Young に多く配置するのが効率的

3. ガーベジコレクションの動き

ガーベジコレクションは、参照されなくなったオブジェクトを検出・削除します。

処理の流れ

オブジェクトを生成（ヒープに配置）
参照が切れる or 到達不能になる
GCが不要オブジェクトを回収

GCアルゴリズム（代表）

名称	特徴
Mark and Sweep	到達可能オブジェクトに印を付け、残りを削除
Copying	生きているオブジェクトを別領域に移動して残りを破棄
Generational GC	世代（Young/Old）でGC動作を変える効率化方式

4. Javaの主要GC方式（JDKバージョン別）

GC機能	特徴	対象バージョン
Serial GC	シングルスレッド、単純設計	軽量アプリ
Parallel GC	並列処理で高速	デフォルト（Java8）
G1 GC	大規模ヒープ向け、低停止時間	Java9以降推奨
ZGC	超低遅延GC、数百GB〜TB向け	Java15以降
Shenandoah	RedHat版、低遅延	OpenJDK系

5. よくあるメモリ関連エラー

❌ `java.lang.OutOfMemoryError`

ヒープ不足で発生
→ ヒープ拡張 or メモリリーク調査

❌ `StackOverflowError`

再帰のしすぎなどでスタック溢れ

❌ メモリリーク

Javaでも発生します（例：Listにaddしっぱなし）

6. メモリ管理・GCチューニングのポイント

対策	内容
不要な参照を早く消す	ローカル変数は小スコープ
大規模データは逐次処理	巨大Listを避けIterator活用
WeakReference活用	キャッシュ管理時に便利
GCログ・ツール利用	-Xmx設定、VisualVM/FlightRecorder

JVMオプション例

7. まとめ

ポイント	内容
Javaは自動メモリ管理	ガーベジコレクションが解放処理
ヒープが主な領域	Young/Old世代で効率化
GC方式は進化中	G1GC・ZGCが主流
最適化の余地あり	適切なコーディング＋JVM設定

「自動だから安心」ではなく、仕組み理解でパフォーマンス向上！

GCとは何か

Java で開発をしていると、よく耳にする「GC（Garbage Collection）」。
これは 不要になったオブジェクトを自動で回収してメモリを解放する仕組み のことです。C言語のように手動で free() を呼ぶ必要はなく、Java VM が裏側でメモリ管理を行います。

ざっくり構造・最近のGC

世代別回収：Eden/Survivor（若世代）→ Old（老世代）
Minor GC：Edenが埋まったら短命オブジェクト中心に回収
Major/Full GC：Oldが逼迫、断片化、クラス/メタ領域逼迫などで広域回収
既定GC：G1GC（Java 9+）。低停止要求は ZGC / Shenandoah も選択肢

主なトリガ

Eden満杯（Minor） / Old高水準（Major）
巨大配列（Humongous）割当て（G1）
System.gc() 明示呼び出し
メタスペース/オフヒープ圧迫（DirectByteBuffer/JNI など）

“悪い例 → 良い例”で学ぶメモリ/GC対策

1) 無制限キャッシュ（静的Map地獄）

悪い例

// Caffeine を例に（依存追加で利用可）
Cache<String, Object> cache = Caffeine.newBuilder()
    .maximumSize(10_000)         // 上限
    .expireAfterAccess(Duration.ofMinutes(30)) // 期限
    .recordStats()
    .build();

public Object get(String key) {
  return cache.get(key, this::loadSlow);
}

// Caffeine を例に（依存追加で利用可）

Cache<String, Object> cache = Caffeine.newBuilder()

.maximumSize(10_000) // 上限

.expireAfterAccess(Duration.ofMinutes(30)) // 期限

.recordStats()

.build();

public Object get(String key) {

return cache.get(key, this::loadSlow);

}

ポイント：上限なしは必ずOldを膨らませる。キャッシュは 容量・期限・エビクションを設計。

2) リスナ/コールバック未解除

悪い例

class View {
  Closeable addListener(Listener l) {
    // 登録...
    return () -> removeListener(l); // try-with-resources で自動解除
  }
}

try (var h = view.addListener(event -> {/*...*/})) {
  // 利用中
} // スコープを出ると自動で removeListener

class View {

Closeable addListener(Listener l) {

// 登録...

return () -> removeListener(l); // try-with-resources で自動解除

}

try (var h = view.addListener(event -> {/*...*/})) {

// 利用中

} // スコープを出ると自動で removeListener

補足：WeakReference リスナはイベント強度低下や意図せぬ解放のリスク。基本は明示解除。

3) `ThreadLocal` の放置（プールスレッドに張り付く）

悪い例

良い例（finallyで確実に除去）

private static final ThreadLocal<byte[]> BUF =
    ThreadLocal.withInitial(() -> new byte[1<<20]);

void work() {
  try {
    var buf = BUF.get();
    // 処理...
  } finally {
    BUF.remove(); // プールスレッドに残さない
  }
}

private static final ThreadLocal<byte[]> BUF =

ThreadLocal.withInitial(() -> new byte[1<<20]);

void work() {

try {

var buf = BUF.get();

// 処理...

} finally {

BUF.remove(); // プールスレッドに残さない

}

ポイント：スレッドプール＝長寿命。remove() を忘れると実質グローバル保持。

4) `System.gc()` 乱用

悪い例

5) ラムダ/内部クラスが外側（巨大オブジェクト）をキャプチャ

悪い例

良い例（必要最小限のデータだけ渡す・static化）

class Holder {
  byte[] big = new byte[10_000_000];

  Runnable r() {
    int len = big.length;        // プリミティブだけ抜き出す
    return () -> System.out.println(len);
  }
}
// あるいは static ネストクラスで暗黙の外部参照を避ける

class Holder {

byte[] big = new byte[10_000_000];

Runnable r() {

int len = big.length; // プリミティブだけ抜き出す

return () -> System.out.println(len);

}

// あるいは static ネストクラスで暗黙の外部参照を避ける

ポイント：キャプチャ=保持。意図せず大物を延命していないか疑う。

6) ループ内の大量一時オブジェクト

悪い例

良い例（StringBuilder再利用・ボクシング回避）

7) finalize/Cleaner頼み（遅延・不確実）

悪い例

class Resource implements AutoCloseable {
  private final FileChannel ch = FileChannel.open(...);
  @Override public void close() throws IOException { ch.close(); }
}

try (Resource r = new Resource()) {
  // 利用
} // ここで必ず解放

class Resource implements AutoCloseable {

private final FileChannel ch = FileChannel.open(...);

@Override public void close() throws IOException { ch.close(); }

}

try (Resource r = new Resource()) {

// 利用

} // ここで必ず解放

8) クラスローダ・アプリ再デプロイ時のリーク

悪い例

良い例（クラスローダ境界を越える参照を断つ）

- static にアプリクラス/インスタンスを保持しない
- ThreadLocal を必ず remove
- Executor/Timer を停止（shutdown）してからアンデプロイ
- JDBC ドライバ/ログアダプタ等の明示的解除を守る

- static にアプリクラス/インスタンスを保持しない

- ThreadLocal を必ず remove

- Executor/Timer を停止（shutdown）してからアンデプロイ

- JDBC ドライバ/ログアダプタ等の明示的解除を守る

9) 巨大配列・Humongous割当ての長期保持（G1）

悪い例

良い例（分割・ストリーミング・寿命短縮）

ポイント：巨大ブロックは断片化と回収コスト増の温床。

10) 無制限のキュー/バッファ

悪い例

良い例（有界＋バックプレッシャ）

BlockingQueue<Event> q = new ArrayBlockingQueue<>(10_000);

boolean offered = q.offer(event, 100, TimeUnit.MILLISECONDS);
if (!offered) {
  // 混雑時の方針：間引き/遅延/古いもの破棄など
}

BlockingQueue<Event> q = new ArrayBlockingQueue<>(10_000);

boolean offered = q.offer(event, 100, TimeUnit.MILLISECONDS);

if (!offered) {

// 混雑時の方針：間引き/遅延/古いもの破棄など

}

GCログ・計測の始め方（JDK 9+）

まずはコードの割当て削減 → その後にヒープ/GC調整
監視：jcmd <pid> GC.heap_info / jstat -gc <pid> 1000
ボトルネック特定：JFR（Java Flight Recorder） で割当てホットスポットを把握
必要なら ZGC/Shenandoah も評価（レイテンシ目標に応じて）

実務チェックリスト（配布推奨）

System.gc() を禁止/抑制
キャッシュ・キューは有界＋期限
ThreadLocal は finally で remove
リスナ/コールバックは確実に解除（AutoCloseable化が効く）
ループ内の一時オブジェクトを減らす（Builder再利用/ボクシング回避）
巨大配列は分割・短命化
クラスローダ境界を跨ぐ静的参照禁止、Executor停止・ドライバ解除
try-with-resourcesでオフヒープ即時解放
GCログ/JFRで事実ベースに調整
目標停止時間（例：MaxGCPauseMillis）を定めて検証

まとめ

GCは“自動”でも“万能”ではありません。
「GCが働きやすいコード」（不要参照を残さない・波及して大物を掴ませない・ピークメモリを避ける）を心がけ、ログ/計測で改善ループを回すのが最短距離です。

覚え書き.com

「JVM」タグアーカイブ

Javaメモリ管理の仕組み：ガーベジコレクションとヒープの基本

1. Javaのメモリ管理とは？

2. Javaのメモリ領域：ヒープとスタック

ヒープ領域の構造（JDK8以降）

3. ガーベジコレクションの動き

処理の流れ

GCアルゴリズム（代表）

4. Javaの主要GC方式（JDKバージョン別）

5. よくあるメモリ関連エラー

❌ `java.lang.OutOfMemoryError`

❌ `StackOverflowError`

❌ メモリリーク

6. メモリ管理・GCチューニングのポイント

JVMオプション例

7. まとめ

JavaのGC（Garbage Collection）とは？仕組みと注意点

GCとは何か

ざっくり構造・最近のGC

主なトリガ

“悪い例 → 良い例”で学ぶメモリ/GC対策

1) 無制限キャッシュ（静的Map地獄）

2) リスナ/コールバック未解除

3) `ThreadLocal` の放置（プールスレッドに張り付く）

4) `System.gc()` 乱用

5) ラムダ/内部クラスが外側（巨大オブジェクト）をキャプチャ

6) ループ内の大量一時オブジェクト

7) finalize/Cleaner頼み（遅延・不確実）

8) クラスローダ・アプリ再デプロイ時のリーク

9) 巨大配列・Humongous割当ての長期保持（G1）

10) 無制限のキュー/バッファ

GCログ・計測の始め方（JDK 9+）

実務チェックリスト（配布推奨）

まとめ

「駑馬十駕」を信念に IT系情報を中心に調べた事をコツコツ綴っています。

1. Javaのメモリ管理とは？

2. Javaのメモリ領域：ヒープとスタック

ヒープ領域の構造（JDK8以降）

3. ガーベジコレクションの動き

処理の流れ

GCアルゴリズム（代表）

4. Javaの主要GC方式（JDKバージョン別）

5. よくあるメモリ関連エラー

❌ java.lang.OutOfMemoryError

❌ StackOverflowError

❌ メモリリーク

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4) System.gc() 乱用

5) ラムダ/内部クラスが外側（巨大オブジェクト）をキャプチャ

6) ループ内の大量一時オブジェクト

7) finalize/Cleaner頼み（遅延・不確実）

8) クラスローダ・アプリ再デプロイ時のリーク

9) 巨大配列・Humongous割当ての長期保持（G1）

10) 無制限のキュー/バッファ

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