HotSpot JVMを使うとき，どのようにGCを設定していますか？
検索して出てきたホームページを見て
「とりあえずこのホームページにあるように最新のGCを指定したし，同じようにオプションを設定したから大丈夫だろ」
と思ってしまう話をよく見聞きします。
図1 誤ったGCの選択
しかし，たとえばバッチのようにスループットを意識すべき処理にもかかわらず，レスポンスタイム重視のGCを選んでしまうのは適切ではありません。
最終回となる今回は，HotSpotにはどのようなGCがあり，どのようにそれらを選択すれば良いのかを紹介します。
4つのGCを使いこなす
HotSpot JVMには，以下の4つのGCが実装されています。
- シリアルGC
- パラレルGC
- コンカレント マーク＆スイープGC（CMS）
- ガベージファーストGC（G1GC）
1つずつ見ていきましょう。
シリアルGC
このGCの特徴は，ヒープの空き領域が少なくなるとシングルスレッドでマーク＆スイープとコンパクションを行うことです。
昔はデフォルトでしたが，マルチコア化が進み，かつヒープサイズが大きくなった今では，GCに時間がかかり，停止時間が長くなってしまうため，積極的に使うことは少ないでしょう（現在も，シングルコア環境ではデフォルトです）。
図2 シリアルGC
パラレルGC
マルチコア環境ではこのGCがデフォルトです。
このGCの特徴は，ヒープの空き容量が少なくなると，マルチスレッドでマーク＆スイープとコンパクションを行うことです。複数のスレッドでGCすることで，アプリケーションの停止時間がシリアルGCに比べて短くなり，アプリケーションを実行できる時間が長くなります。そのため，スループットが高くなるでしょう。
図3 パラレルGC
コンカレント マーク＆スイープGC（CMS）
CMSの特徴は，アプリケーションと同時に実行できるフェーズと，アプリケーションを止めて実行するフェーズに分かれていることです。
これらのフェーズのうち，図4の実線部である①initialフェーズと③remarkフェーズのみがアプリケーションを停止させます。
②コンカレントマーク＆プリクリーン，④コンカレントスイープ，⑤リセットはコンカレントに実行されるため，アプリケーションと同時に実行されます。
図4 CMS
CMSでは，GCで使用するスレッド同士の協調処理などにCPUリソースを使わなければならないため，アプリケーションのスループット低下が見込まれます。しかし，一部のフェーズではアプリケーションを停止する必要がないため，アプリケーション全体の停止時間は短くなります。その結果，GCがレスポンスタイムに与える影響が小さくなるでしょう。
ガベージファーストGC（G1GC）
最後にG1GCですが，これまでの3つのGCとは異なり，ヒープを「リージョン」と呼ばれる小さい領域に分割して使用するのが特徴です。CMSと同様，アプリケーションと同時に実行できるフェーズもあるため，結果としてレスポンスタイムの短縮が見込まれます。
どのようにGCを使い分けるか
GCの使い分けは，本連載の第3回で解説したように，スループットとレスポンスタイムを考慮します。
まずはじめは，レスポンスタイムの制約の有り無しにかかわらず，デフォルトのGCを選択しましょう。つまり，マルチコア環境ではパラレルGC，シングルコア環境ならシリアルGCになります。これらのGCはアプリケーションのスループットを重視するため，アプリケーションへCPUリソースを多く割り当てられます。
図5 スループット重視のGC
最近ではヒープのサイズが大きくなり，ヒープ内に作成できるオブジェクトの数が増えています。そのため，ヒープサイズに対し使用できるCPUリソースの割合がこれまでと変わらない場合はこれまで同様のGCが見込めますが，ヒープサイズに対して使用できるCPUリソースの割合が少なくなることが多いです。これにより，パラレルGCやシリアルGCでは停止時間が長期化し，レスポンスタイムの要件を満たせないことがあります。
図6 パラレルでは停止時間が長くなる
マルチコア環境において，パラレルGCではレスポンスタイムの要件が満たせない場合に，コンカレントであるCMSやG1GCを試してみましょう。
CMSやG1GCにするとスループットが低下する恐れがあるため，システム全体のスループット要件を満たせなくなるかもしれません。その場合は，スケールアップやスケールアウトによってリソースを追加するか，チューニングによって，レスポンスタイムとスループットの兼ね合いをとりましょう。
図7 レスポンスタイム重視のGC
まとめ
これまで，一般的なヒープやGCの話から，HotSpot JVMがどのような実装をされているかをご紹介していきました。
すべての処理に対して1つの正解が存在するわけではありません。
まずは，実行する処理の特徴を理解しましょう。そして，使用するJVMにはどのような実装がされているのかを把握してください。
それらを組み合わせて，処理に最適なGCを選択することが重要になります。
