# TomcatのGCによる停止時間を短縮するためのGC戦略

## 1-1. はじめに
TomcatはJavaで開発されているため、その動作にはJava仮想マシン（JVM）が必要です。JVMはメモリ管理の一環としてGarbage Collection（GC）を実行しますが、GCの処理が適切に管理されていない場合、アプリケーションの停止時間が長くなり、性能に悪影響を及ぼすことがあります。本記事では、TomcatにおけるGCによる停止時間を短縮するための戦略と具体的な方法について詳しく解説します。

## 1-2. 目次
1. はじめに
2. GCの基本概念とTomcatでの影響
3. 各種GCアルゴリズムの比較
   - シリアルGC
   - パラレルGC
   - CMS GC
   - G1 GC
   - ZGC
4. GC戦略の選択とTomcatでの適用方法
5. GCログの解析と最適化
6. ヒープサイズと世代分割の最適化
7. クラスローダの管理とリーク防止
8. まとめ

## 2-1. GCの基本概念とTomcatでの影響
ガベージコレクションは、メモリ管理の重要な側面であり、未使用オブジェクトを自動的に回収してメモリリークを防ぎます。しかし、GCはスレッドを停止することがあり、これがTomcatのようなミッションクリティカルなサーバーにおいては問題となります。特に、GCの実行中に全てのアプリケーションスレッドが停止する「STW（Stop-The-World）」がパフォーマンスに影響を与える要因です。

## 3-1. 各種GCアルゴリズムの比較

### 3-1-1. シリアルGC
シリアルGCは単一スレッドで実行され、シンプルかつオーバーヘッドが少ないのが特徴ですが、大規模なアプリケーションには適していません。

### 3-1-2. パラレルGC
複数のスレッドを利用してGCを並列に実行します。短い遅延を目指す場合にはあまり向いておらず、スループットを重視する用途に適しています。

### 3-1-3. CMS GC
Concurrent Mark-Sweep GC（CMS GC）は、低い停止時間を実現するためにバックグラウンドでマーキングとスイープを行います。ジッタ（停止時間のばらつき）が問題となる場合があります。

### 3-1-4. G1 GC
Garbage-First GCは、領域が細かく分割されており、効率的にメモリを回収します。大規模メモリでも停止時間を短く保つことが可能です。

### 3-1-5. ZGC
最新のGCで、大容量のヒープに対しても短い停止時間で処理を行います。リアルタイム処理を必要とするシステムに最適です。

## 4-1. GC戦略の選択とTomcatでの適用方法
GC戦略を選択するために、アプリケーションの特性と要求に基づいた適切なGCを選ぶ必要があります。以下に例を示します。

- 大規模なリアルタイムアプリケーション: ZGCやG1 GC
- スループット重視の処理: パラレルGC
- 旧バージョンや既存のシステム: CMS GC（ただし非推奨）

以下はG1 GCをTomcatに適用する設定例です。

![img](/mosaic-code.jpg)

## 5-1. GCログの解析と最適化
GCログ設定は、GCの動作と影響を理解し、最適化を行うために不可欠です。以下はTomcatでGCログを有効にする例です。

![img](/mosaic-code.jpg)

GCログを解析することで、パフォーマンスボトルネックを特定し、ヒープサイズの調整やGCパラメータの最適化を行うことができます。

## 6-1. ヒープサイズと世代分割の最適化
ヒープは、次のように適切に調整する必要があります。

- 初期サイズ `-Xms`と最大サイズ `-Xmx`を同じに設定してヒープ拡張によるオーバーヘッドを最小化
- YoungとOld世代のバランスを最適化する。`-XX:NewRatio`で調整可能

## 7-1. クラスローダの管理とリーク防止
クラスローダによるメモリリークはトラブルシューティングを複雑にします。特に、再ロード時にメモリリークが発生しないように、以下の点に注意が必要です。

- JDBCドライバやスレッドプールなどを明示的に管理し、リリース
- 不要な参照を解放し、長期間生存しないよう設計

## 8-1. まとめ
適切なGC戦略を選択し、トラブルシューティングを行うことで、Tomcatの性能と安定性を大幅に向上させることができます。GCアルゴリズムの特性を理解し、最適な設定を行うことが求められます。最適化を続け、パフォーマンスを一層向上させましょう。 [cv:issue_marketplace_engineer]

# TomcatのGCによる停止時間を短縮するためのGC戦略

## 1-1. はじめに
TomcatはJavaで開発されているため、その動作にはJava仮想マシン（JVM）が必要です。JVMはメモリ管理の一環としてGarbage Collection（GC）を実行しますが、GCの処理が適切に管理されていない場合、アプリケーションの停止時間が長くなり、性能に悪影響を及ぼすことがあります。本記事では、TomcatにおけるGCによる停止時間を短縮するための戦略と具体的な方法について詳しく解説します。

## 1-2. 目次
1. はじめに
2. GCの基本概念とTomcatでの影響
3. 各種GCアルゴリズムの比較
   - シリアルGC
   - パラレルGC
   - CMS GC
   - G1 GC
   - ZGC
4. GC戦略の選択とTomcatでの適用方法
5. GCログの解析と最適化
6. ヒープサイズと世代分割の最適化
7. クラスローダの管理とリーク防止
8. まとめ

## 2-1. GCの基本概念とTomcatでの影響
ガベージコレクションは、メモリ管理の重要な側面であり、未使用オブジェクトを自動的に回収してメモリリークを防ぎます。しかし、GCはスレッドを停止することがあり、これがTomcatのようなミッションクリティカルなサーバーにおいては問題となります。特に、GCの実行中に全てのアプリケーションスレッドが停止する「STW（Stop-The-World）」がパフォーマンスに影響を与える要因です。

## 3-1. 各種GCアルゴリズムの比較

### 3-1-1. シリアルGC
シリアルGCは単一スレッドで実行され、シンプルかつオーバーヘッドが少ないのが特徴ですが、大規模なアプリケーションには適していません。

### 3-1-2. パラレルGC
複数のスレッドを利用してGCを並列に実行します。短い遅延を目指す場合にはあまり向いておらず、スループットを重視する用途に適しています。

### 3-1-3. CMS GC
Concurrent Mark-Sweep GC（CMS GC）は、低い停止時間を実現するためにバックグラウンドでマーキングとスイープを行います。ジッタ（停止時間のばらつき）が問題となる場合があります。

### 3-1-4. G1 GC
Garbage-First GCは、領域が細かく分割されており、効率的にメモリを回収します。大規模メモリでも停止時間を短く保つことが可能です。

### 3-1-5. ZGC
最新のGCで、大容量のヒープに対しても短い停止時間で処理を行います。リアルタイム処理を必要とするシステムに最適です。

## 4-1. GC戦略の選択とTomcatでの適用方法
GC戦略を選択するために、アプリケーションの特性と要求に基づいた適切なGCを選ぶ必要があります。以下に例を示します。

- 大規模なリアルタイムアプリケーション: ZGCやG1 GC
- スループット重視の処理: パラレルGC
- 旧バージョンや既存のシステム: CMS GC（ただし非推奨）

以下はG1 GCをTomcatに適用する設定例です。

```shell
CATALINA_OPTS="-server -XX:+UseG1GC -Xms2g -Xmx4g -XX:MaxGCPauseMillis=200"
```

## 5-1. GCログの解析と最適化
GCログ設定は、GCの動作と影響を理解し、最適化を行うために不可欠です。以下はTomcatでGCログを有効にする例です。

```shell
CATALINA_OPTS="-Xlog:gc*:file=/path/to/gc.log:time,level,tags -XX:+PrintGC"
```

GCログを解析することで、パフォーマンスボトルネックを特定し、ヒープサイズの調整やGCパラメータの最適化を行うことができます。

## 6-1. ヒープサイズと世代分割の最適化
ヒープは、次のように適切に調整する必要があります。

- 初期サイズ `-Xms`と最大サイズ `-Xmx`を同じに設定してヒープ拡張によるオーバーヘッドを最小化
- YoungとOld世代のバランスを最適化する。`-XX:NewRatio`で調整可能

## 7-1. クラスローダの管理とリーク防止
クラスローダによるメモリリークはトラブルシューティングを複雑にします。特に、再ロード時にメモリリークが発生しないように、以下の点に注意が必要です。

- JDBCドライバやスレッドプールなどを明示的に管理し、リリース
- 不要な参照を解放し、長期間生存しないよう設計

## 8-1. まとめ
適切なGC戦略を選択し、トラブルシューティングを行うことで、Tomcatの性能と安定性を大幅に向上させることができます。GCアルゴリズムの特性を理解し、最適な設定を行うことが求められます。最適化を続け、パフォーマンスを一層向上させましょう。 [![image](https://firebasestorage.googleapis.com/v0/b/issue-pro-42602.appspot.com/o/topics%2F17fa658b-53c7-4ca0-a28b-e588ed1bd371?alt=media&token=2c00afff-85ff-4428-8d15-696ab676dcb0)](https://i-ssue.com/lp/check_salary)

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1-1. はじめに

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