🧠【初心者向け】Javaの Garbage Collection をやさしく解説（図解あり）
Java が「メモリ管理を自動で行ってくれる」と言われる理由が
Garbage Collection（GC） です。
でも初心者には GC が難しく感じるポイントがたくさんあります。
- JVM がメモリをどう管理しているか分からない
- Young／Old／Eden／Survivor の違い？
- “Stop the World” って何？
- 参照が切れたタイミングはいつ？
- GCログの読み方が分からない
- Mark & Sweep ってどう動くの？
この記事では、
GC の本質 → 図解 → 実務の勘所 → 内部構造
という順で、Java の GC を“直感的”に理解できるよう噛み砕きます。
✨ 結論
✔ GC の仕事は「使われなくなったオブジェクトを自動で回収」すること
✔ JVM のメモリは Young／Old で世代分けされている
✔ Young GC（Minor GC）と Old GC（Major GC）は役割が違う
✔ GC は Mark → Sweep → Compact の流れで動く
✔ “Stop the World” は GC中すべてのスレッドが止まる状態
✔ 設計の仕方で GC の負荷は大きく変わる
Garbage Collection とは何か？（本質から）
GC の本質はたった一つ。
「参照されていないオブジェクトを自動で消す仕組み」
Java では new したオブジェクトは
参照が残っている限り生存し、
参照がなくなったら GC が回収対象になります。
JVM のメモリ構造（まずはここを押さえる）
JVM のヒープは大きく2つに分かれています👇
✔ Young Generation（若い領域）
- Eden
- Survivor（S0/S1）
✔ Old Generation（古い領域）
🔹 図解（短線版）
Heap
├ Young Generation
│ ├ Eden
│ └ Survivor S0/S1
└ Old Generation
Young Generation（Eden/S0/S1）の仕組み
新しいオブジェクトは 必ず Eden に作られます。
流れ（超重要）
- Eden にオブジェクト作成
- Eden が満杯になったら Minor GC
- 生き残りは Survivor（S0）へ移動
- 次の GC で S1 に移動（コピー）
- コピーを数回繰り返し Old 領域へ昇格
🔹 図解（短線版）
Eden → S0 → S1 → Old
Minor GC（Young GC）は“軽量で高速”
Young GC は基本的に “軽くて高速” です。
理由：
- Young 領域は小さい
- オブジェクトの大半はすぐ死ぬ
- コピー方式なので断片化しない
そのため 頻繁に起きても問題ない と考えられています。
Old Generation（古い領域）の仕組み
長生きしたオブジェクトは Old 領域に格納されます。
Old 領域はアプリの主要データが集まるため
GCが重くなりがち。
✔ Major GC（Old GC）は重い
Major GC は Stop the World が長くなりやすく
パフォーマンスに影響する可能性があります。
Stop the World（StW）とは何か？
GC の中でも最も重要な概念。
「GCの間、すべてのスレッドが停止する現象」
🔹 図解
アプリスレッド：■■■■■ 停止 ■■■■■
GCスレッド ： ★GC実行中★
- 計算も
- APIレスポンスも
- バッチも
全部止まる。
これを最小化するのが GC の最重要課題。
GCアルゴリズム（内部構造の本質）
JavaのGCは基本的に3ステップ👇
① Mark（生きているオブジェクトをマーク）
ルート（GC Root）からたどって「生存」マーク。
② Sweep（死んだオブジェクトを回収）
マークされていないオブジェクトを削除。
③ Compact（断片化の解消）
メモリを詰めて連続領域にする。
🔹 図解（短線版）
[生存][死][生存][死][死] → [生存][生存][空き][空き]
GC Root とは何か？（ニッチだけど重要）
GCは「どこから辿るか」を起点として判断します。
その起点が GC Root。
代表例👇
- スタック上の変数
- クラスの静的フィールド
- 実行中のスレッド
- JNI 参照
これらから辿れるオブジェクトは“生存”と判断されます。
GCの種類（Java 8 〜 最新版まで対応）
Java は複数GCアルゴリズムを提供しています👇
| GC名 | 特徴 |
|---|---|
| Serial GC | 単一スレッド、シンプル |
| Parallel GC | 高スループット向け |
| CMS（旧） | 低停止時間GC |
| G1 GC（主流） | StW が短くバランス良い |
| ZGC（最新） | 超低停止時間（ms未満） |
| Shenandoah | RedHat製、低遅延 |
Spring Boot / サーバアプリは
G1 GC が現在の標準 です。
実務で役立つ GC の勘所
✔ 避けるべきこと
- 大量の一時オブジェクト生成
- 文字列連結の
+を大量使用（→ StringBuilder へ） - 大きすぎるコレクションを保持する
- 不必要なキャッシュ
- 非効率な Stream パイプライン
✔ 追うべきGC指標
- GC回数
- Stop the World の時間
- Old GC発生頻度
- Heap使用率
- GCログの “Pause” 部分
ここまでのまとめ（初心者向け）
- GC は「使われなくなったオブジェクトの自動回収」
- Young（Eden/S0/S1）→ Old の2階層構造
- Minor GC は軽く、Major GC は重い
- Stop the World は“GC中すべて停止”
- GCの本質は Mark → Sweep → Compact
- G1 GC が現代の主流
Deep Friendly Tech の一言（後書き）
GC の理解は
Java の本当の基礎力 であり、
アプリの性能問題を読み解くための最高の武器になります。
GC を理解すると👇
- メモリ効率の良いコードが書ける
- パフォーマンス問題の切り分けが正確になる
- JVM の動きを読めるエンジニアになれる
ぜひ今日から、
あなたのコードの “オブジェクト寿命” に意識を向けてみてください。
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