【Android/CS基礎 - メモリ管理③】ARTとGCの実装 - 最適化とリーク対策

Posted at 2026-01-13

「Android/CS基礎 - メモリ管理」シリーズのPart3です。
先に、Part2を読むことを推奨します。
また、本記事は私がAndroidのメモリ管理やGCについて学んだ内容をまとめたものです。誤りや改善点がありましたら、コメントでご指摘いただけると嬉しいです🙇‍♂️

この記事で理解できること

ARTとは
最新のARTにおけるGCアルゴリズムについて
メモリリークパターンとその対策

ART (Android Runtime) とは

概要

ART (Android Runtime) は、Android 5.0以降からAndroid端末に搭載されているランタイム環境です。
Android 5.0以前はDalvik VMという環境が使われていましたが、パフォーマンス向上のためARTに置き換えられました。

Dalvik VMとARTの比較

項目	Dalvik VM	ART
コンパイル方式	JIT（実行時）	AOT+JIT（事前+実行時）
コンパイルタイミング	アプリ起動時・実行中	インストール時 + アイドル時
起動速度	遅い	速い
ストレージ使用量	少ない（DEXのみ）	多い（DEX + コンパイル済みコード）
バッテリー消費	大きい	小さい
GCアルゴリズム	Mark & Sweep中心	Concurrent Copying GC
GC一時停止時間	長い（数十〜数百ms）	短い（数ms以下）
メモリ圧縮	なし	あり（断片化解消）
世代別GC	限定的	完全実装
導入時期	Android 1.0〜4.4	Android 5.0以降

Dalvik VMは現在ではほとんど使われていないため、詳細は省略します。

ARTの目的

ARTの目的は、Androidアプリのパフォーマンスと効率性を向上させることです。

具体的には以下の観点から改善を図っています：

パフォーマンスの向上

アプリの起動速度を高速化
実行速度の向上
UI操作のレスポンス改善（GC停止時間の短縮）

バッテリー効率の改善

実行時コンパイルの削減 → CPU使用率低下
効率的なメモリ管理 → GC頻度の削減

メモリ管理の最適化

高度なGCアルゴリズムの導入（後述）
メモリ断片化の解消
メモリ使用効率の向上

ARTの役割

ARTはAndroidにおいて以下の役割を担っています。

アプリケーションの実行基盤

DEXバイトコードのコンパイル（AOT/JIT）
Java/Kotlinコードの実行
メモリ管理（GC、ヒープ管理）

HAL層を経由したハードウェア操作

これはAOSP (Android Open Source Project) と呼ばれるAndroid OSのアーキテクチャ図です。
水色のレイヤーがARTで、その上下にSystem Services層とHAL層が存在します。

HAL (Hardware Abstraction Layer) とは、ハードウェア操作を抽象化したレイヤーです。
ARTはJNI (Java Native Interface) を通じてネイティブコードを実行し、HAL層経由でハードウェアにアクセスします。

例：アプリでQRコードを読み込む場合

[アプリコード (Kotlin/Java)]
  ↓ ARTで実行
[JNI経由でネイティブコード呼び出し]
  ↓ HAL層経由
[カメラハードウェア制御]

System Services層との連携

System Servicesは、アプリの起動管理、通知、位置情報など、システム全体を管理する特権プロセス群です。

重要なポイント：

System ServicesはARTの上で動作するJavaプロセス
System ServicesもARTに依存して実行される

ARTはSystem Servicesを含む、すべてのJava/Kotlinコードの実行基盤となっています。

メモリリークパターン

メモリリークパターンを2つ紹介します。
本当はもっとあるのですが紹介しきれないので各自で調べてみてください。

Singletonでアクティビティ保持

// ❌ NGパターン
object Singleton {
    var activity: Activity? = null
}

class MyActivity : Activity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        Singleton.activity = this  // リーク！
    }
}

// ✅ OKパターン
object Singleton {
    var activityRef: WeakReference<Activity>? = null
}

解説：
Part2で説明したようにstatic領域はGC Rootになります。
そうすると、activityデータがnullにならない限り、staticのGC Rootからアクセスできてしまうからです。
つまり、到達可能フラグがONになるので回収されずリークします。
そこで、弱参照を用いることで参照元であるActivity自体が消えたら自動で回収されるようにすればリークを防げます。

Companion object でContext保持

// ❌ NGパターン
class MyUtil {
    companion object {
        private var context: Context? = null
        
        fun init(context: Context) {
            this.context = context  // ActivityのContextを渡すとリーク
        }
    }
}

class MyActivity : Activity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        MyUtil.init(this)  // リーク！
    }
}

// ✅ OKパターン
class MyUtil {
    companion object {
        private var appContext: Context? = null
        
        fun init(context: Context) {
            this.appContext = context.applicationContext  // ApplicationContextを使う
        }
    }
}

解説：
companion object = staticなオブジェクトです。
そこに対し、Activityが生存している間しか使えないActivityContextを引き渡せば、先ほどと同じ原理でリークします。
そのため、ApplicationContextを渡すようにしましょう。
こちらは、アプリが生存している間はずっと使えるためリークに繋がりません。

まとめ

いかがでしたでしょうか。
ここまで、かなり長かったですね。しかしここを押さえるとメモリリークが発生した場合の対処方法が、より理論立てて検討できるようになったのではないでしょうか？
Java / Kotlinはランタイムがメモリ管理を隠蔽してくれる素晴らしい言語ですが、その内部を知ってるかどうかでメモリリークに対する意識一つとっても大きく変わるはずです。
現に、これを読む前と後ではみなさんのメモリ管理に対する意識も変化しているのではないでしょうか。

近年、さまざまなフレームワークやライブラリが登場しています。
一方で、プロセスやスレッド、GCなどの基礎(Fundamental)は不変です。基礎を抑えることで今後のITの変化にも着いていきやすくなると思います！！

You get articles that match your needs
You can efficiently read back useful information
You can use dark theme

What you can do with signing up

【Android/CS基礎 - メモリ管理③】ARTとGCの実装 - 最適化とリーク対策

この記事で理解できること

ART (Android Runtime) とは

概要

Dalvik VMとARTの比較

ARTの目的

パフォーマンスの向上

バッテリー効率の改善

メモリ管理の最適化

ARTの役割

アプリケーションの実行基盤

HAL層を経由したハードウェア操作

System Services層との連携

最新のARTにおけるGCアルゴリズムについて

従来のGCアルゴリズムの課題

欠点1. STW時間が長い

欠点2.メモリの断片化

現代のGCアルゴリズムについて

Phase1. 初期マーク

Phase2. 並行マーク

Phase3. 並行コピー

Phase4. 最終処理

メモリリークパターン

Singletonでアクティビティ保持

Companion object でContext保持

まとめ