【JS/TS/Node】JavaScriptやNode環境におけるメモリ管理について
まさぴょんガベージコレクション（garbage collection）とは？
ガベージコレクション（garbage collection）とは、コンピュータプログラムの実行環境などが備える機能の一つで、実行中のプログラムが占有していたメモリ領域のうち不要になったものを自動的に解放し、空き領域として再利用できるようにするもの。
そのような処理を実行するプログラムを「ガベージコレクタ」(garbage collector)という。
引用元：https://e-words.jp/w/ガベージコレクション.html
参考・引用
まさぴょんJavaScript / TypeScript / Node.js におけるメモリ管理や、ガベージコレクションについて📝
ガベージコレクション（Garbage Collection、GC）とは、プログラムが動作する際に不要になったメモリ領域を自動的に回収し、メモリの効率的な管理を行う仕組みです。
この機能は、プログラマが手動でメモリを解放する必要を減らし、メモリリークや二重解放といった問題を防ぐ役割を果たします。
ガベージコレクションの基本概念
- 自動メモリ管理: プログラムが使用しなくなったメモリを自動的に解放します。
- メモリの断片化防止: 不要なメモリを解放することで、メモリの断片化を防ぎます。
- ガベージコレクタ: GCを実行するプログラムやプロセスを指します。
JavaScript / TypeScript / Node.jsにおけるメモリ管理
JavaScriptのガベージコレクション
JavaScriptでは、ガベージコレクションは主に「到達可能性」に基づいて行われます。
オブジェクトが他のオブジェクトから参照されている場合、そのオブジェクトは「到達可能」と見なされ、GCの対象にはなりません。
到達可能でないオブジェクトは自動的に解放されます。
TypeScriptのガベージコレクション
TypeScriptはJavaScriptのスーパーセットであり、メモリ管理の仕組みはJavaScriptと同様です。TypeScriptのコードはJavaScriptにコンパイルされるため、ガベージコレクションのメカニズムも同じです。
Node.jsのガベージコレクション
Node.jsでは、V8エンジンがガベージコレクションを担当しています。
Node.jsもJavaScriptと同様に、オブジェクトの到達可能性を基にGCを行います。
特に、世代別GCを採用しており、短命のオブジェクトと長命のオブジェクトを異なる方法で管理します。
比較表
以下は、JavaScript、TypeScript、Node.jsにおけるガベージコレクションの特徴をまとめた比較表です。
| 特徴 | JavaScript | TypeScript | Node.js |
|---|---|---|---|
| 言語タイプ | 動的型付け | 静的型付け | 動的型付け |
| ガベージコレクション方式 | 到達可能性に基づく | 到達可能性に基づく | 到達可能性に基づく |
| 実行エンジン | ブラウザのJavaScriptエンジン | ブラウザのJavaScriptエンジン | V8エンジン |
| メモリ管理の特徴 | 自動的に不要なメモリを解放 | 自動的に不要なメモリを解放 | 世代別GCを使用 |
| 開発者の負担 | 低い | 低い | 低い |
このように、JavaScript、TypeScript、Node.jsはそれぞれ異なる環境で動作しますが、ガベージコレクションの基本的なメカニズムは共通しています。
これにより、開発者はメモリ管理の負担を軽減し、より効率的にプログラムを開発することができます。
まさぴょんJavaScript / TypeScript / Node.js におけるメモリ管理や、ガベージコレクションについて by GPT o1📝
ガベージコレクション (Garbage Collection、以下GC) とは、プログラミング言語やランタイム環境が不要になったメモリ領域を自動的に解放してくれる仕組みです。
メモリリークや開発者による手動のメモリ解放ミスを防ぐために設計されており、CやC++などで手動管理が必要だったメモリ操作（mallocやfreeなど）を、プログラマの手を煩わせることなく自動で行います。
ガベージコレクションの一般的な仕組み
多くのGCシステムは、「参照されていないオブジェクトは不要」とみなす基本原則に基づいて動作します。
一般的な手法として、
-
Mark and Sweep方式：
- 「root」と呼ばれる特定の基点（グローバルオブジェクトやスタック上の参照など）から到達可能なオブジェクトをすべて印（mark）する。
- 印のつかなかった（到達不可能な）オブジェクトを一括で破棄（sweep）する。
-
Generational GC (世代別GC)：
オブジェクトを「若い世代」「古い世代」に分け、若い世代を頻繁にGCし、古い世代はあまりGCしないことで効率を上げる。 -
Incremental GC / Concurrent GC：
アプリケーションが走り続ける中で少しずつGCを行い、停止時間 (pause time) を短くする。
このような方法を組み合わせて、プログラム実行中に定期的またはタイミングを見てGCが行われます。
JavaScript / TypeScript / Node.js におけるメモリ管理
JavaScriptエンジンにおける自動メモリ管理
JavaScriptはCやC++と異なり、メモリアロケーションや解放をプログラマが明示的に行う必要はありません。
-
オブジェクト生成時：
{}やnewキーワードなどによってヒープメモリ上にオブジェクトが割り当てられます。 -
スコープを抜けると不要になるオブジェクト：
変数やオブジェクトに対する参照がスコープ外に出たり、参照がなくなったりすると、そのオブジェクトはGCによって適宜回収されます。
JavaScriptエンジン（V8など）は、
- Mark and Sweep方式をベースとしており、
- Generational GCなどの最適化手法も取り入れています。
Node.jsにおけるメモリ管理とGC
Node.jsは、V8エンジン上でJavaScriptを実行するため、基本的なメモリ管理の仕組みはブラウザJavaScriptと同様です。ただし、サーバーサイドで動作するため、長時間稼働するプロセスにおいて、メモリリークや過剰なメモリ使用量がより顕著に問題となります。そのため、
- V8が提供するGCを有効に活用し、
- ヒープメモリサイズの上限 (
--max-old-space-sizeフラグなど) を設定したり、 -
global.gc()を呼び出せる（--expose-gcを使った場合）など、チューニングの余地があります。 - Node.jsではネイティブアドオンやバッファなど、GC管理外のメモリリソースもあり、これらは適切に管理する必要があります。
TypeScriptにおけるメモリ管理
TypeScriptは基本的にJavaScriptへトランスパイルされるため、実行時のメモリ管理はJavaScriptの実行エンジン（V8など）に依存します。TypeScript自体は型付けによる静的なコード検証ツールであり、実行時のGC挙動に特別な変更を加えるものではありません。
比較表 (Markdown形式)
以下は、JavaScript/TypeScript/Node.jsにおけるメモリ管理およびGC特性を簡潔にまとめた比較表です。
| 項目 | JavaScript(ブラウザ) | Node.js | TypeScript |
|---|---|---|---|
| 実行環境 | ブラウザ上のJavaScriptエンジン (多くはV8, SpiderMonkey, Chakraなど) | サーバーサイド(V8エンジン) | トランスパイル後はJSと同じ |
| メモリ割り当て方法 | 自動 (new, {}, 配列リテラルなど) | 自動 (V8によるヒープ管理) | JavaScriptと同様 |
| メモリ解放 | GC (Mark and Sweep, Generational) | GC (V8によるGC) | JavaScriptと同様 |
| 手動メモリ管理 | 不要 | 通常不要 (ネイティブ拡張利用時は注意) | 不要 (TS自身に実行時はない) |
| GC特性 | 停止時間短縮のための最適化あり | 設定可能なヒープサイズ、--expose-gcで手動GC呼び出し可 |
JSと同様 |
| メモリリーク対策 | 参照解除を心掛けること | ロングランプロセスでは監視が重要 | JS同様だが、型情報で潜在的なリーク箇所検出に貢献可能 |
| 非GC管理メモリ | 基本的になし | BufferやFFIなど外部リソースは手動管理必要 | 同上（JSと変わらず） |
上記の通り、TypeScript/JavaScript/Node.jsはいずれも自動ガベージコレクションをベースとしたメモリ管理モデルを採用しており、開発者はメモリ確保・解放を明示的に行う必要はほとんどありません。
しかし、非GC対象のリソースや長期稼働のサーバーサイド環境では、適切なベストプラクティス（メモリプロファイリング、不要な参照の開放、GCチューニングなど）を行うことが重要になります。