Rubyはメモリとガベージコレクション(GC)をどのように管理していますか?

Question

Accepted Answer

Rubyは**自動的に**ガベージコレクタ(GC)を介してメモリを管理し、参照されなくなったオブジェクトを回収します。モダンRuby(MRI)は**世代別、インクリメンタルなマーク・アンド・スウィープ**コレクタとコンパクションを使用しています。このメカニズムを理解することは、長時間実行されるアプリケーションのパフォーマンスとメモリ問題の診断に役立ちます。

## 自動ガベージコレクション

```text
Ruby allocates objects on the heap; the GC reclaims those that are no longer REACHABLE
(referenced). You never free memory manually.

Modern MRI GC characteristics:
  ✓ Mark-and-sweep — marks reachable objects (from roots), sweeps unreachable ones
  ✓ Generational (since Ruby 2.1) — new objects collected often, old ones rarely
    (based on "most objects die young")
  ✓ Incremental — spreads GC work to reduce pause times
  ✓ Compacting (GC.compact, Ruby 2.7+) — reduces memory fragmentation
```

GCは手動のメモリ管理から解放されます。**世代別**アプローチ(若いオブジェクトを頻繁かつ低コストで収集し、古いオブジェクトはまれに収集する)により効率的になり、インクリメンタル収集により一時停止が削減されます。

## GCの検査とチューニング

```ruby
GC.stat                    # detailed GC statistics (counts, heap info)
GC.start                   # manually trigger a collection (rarely needed)
GC.compact                 # compact the heap (reduce fragmentation)
ObjectSpace.count_objects  # counts of objects by type (debugging)
# environment variables (RUBY_GC_*) tune heap growth, etc.
```

## メモリリークは依然として発生する(GCがあってもなお)

```ruby
# the GC frees only UNREACHABLE objects — "leaks" come from lingering references:
$global_cache = []
def process(item)
  $global_cache << item    # ❌ grows forever — never freed (still referenced)
end
```

```text
Common Ruby memory-growth causes:
  ✗ Global/class-level collections that only grow (caches, arrays)
  ✗ References held in long-lived objects (constants, class variables)
  ✗ Large objects kept alive by closures/blocks
→ The GC can't free reachable objects, so "leaks" = unintended retained references.
```

## なぜ重要なのか

Rubyのメモリ管理とガベージコレクションを理解することは、特に**長時間実行されるRubyアプリケーション**(Railsウェブサーバー、バックグラウンドワーカーなど)において、メモリの振る舞いが安定性とパフォーマンスに影響する場合に重要な知識です。

GCは手動メモリ管理から解放される点で生産性の大きなメリットがありますが、その**仕組みを理解する**ことでパフォーマンスチューニングとメモリ問題の診断に役立ちます。

モダンRubyが**世代別、インクリメンタル、マーク・アンド・スウィープ**コレクタ(若いオブジェクトを頻繁かつ低コストで収集し、古いオブジェクトはまれに、一時停止を減らすために作業を分散して収集する)を使用していることを知ることで、GCの振る舞いと圧力を理解でき、過度なオブジェクト割り当てがGCのオーバーヘッドを増加させる(したがって不要な割り当てを削減するとパフォーマンスが向上する)ことを理解するのに役立ちます。

重要に、**GCがあってもメモリリークは依然として発生する**ことを理解することが肝要です。GCは*到達不可能な*オブジェクトのみを解放するため、「リーク」は意図しない**保持参照**(グローバルまたはクラスレベルの無制限に成長するコレクション(キャッシュなど)、長寿命オブジェクトに保持される参照、クロージャによって保持される大きなオブジェクト)から発生します。このことは、長時間実行されるRubyプロセスを悩ませるメモリ増加の診断と修正に重要です(実際で一般的な運用上の問題)。

GCの振る舞い、その検査方法(`GC.stat`、`ObjectSpace`)、チューニングオプション、特にメモリ増加の一般的な原因(参照の保持)を知ることは、パフォーマンスと安定性に優れたRubyアプリケーションの運用に価値があります。

Rubyアプリケーション(特にRailsサーバー)は長期間実行され、参照の保持によるメモリリークは実際のよくある問題であるため、Rubyの**GC — その世代別マーク・アンド・スウィープモデル、到達可能なオブジェクトは解放できないこと、メモリ増加の原因 — を理解することは、本番環境のRubyにおけるメモリ問題の診断と修正が可能な開発者を区別し、パフォーマンス重視のロールに関連する、シニアレベルの知識として重要です。