この記事の途中に、以下の記事の引用を含んでいます。
Reworking Memory Management in CRuby
Rubyに革命!? 最新メモリマネジメントへの挑戦
今回は、Ruby（CRuby）のガベージコレクション（GC）を刷新し、より柔軟・高速で拡張性の高いものへと進化させるプロジェクトについて取り上げます。
題材となる記事は、「Reworking Memory Management in CRuby」と題し、日本でも人気の高いプログラミング言語Rubyで使われるメモリ管理を、先進的なツールキットであるMMTkとの統合によってどう変えていくのかを詳細に解説しています。
このプロジェクトは、オーストラリア国立大学（ANU）とShopifyが主導し、「次世代Ruby GC」の開発に挑んでいます。
Rubyユーザー・開発者にとって、パフォーマンスや拡張性は永遠の課題。
本記事が、その解決に向けてどんなアプローチが採られたのか、そして今後のRubyがどう進化していくのかを考える絶好の材料となっています。
MMTk導入のインパクト：RubyのGCはどう変わる？
元記事ではまず、次のような主張がありました。
“If you’re not familiar with MMTk, it offers a highly modular, VM-neutral framework for rapidly building high-performance garbage collectors. Once a language plugs into MMTk, it can leverage a wide range of built-in garbage collection algorithms, ranging from canonical collectors such as NoGC, Mark and Sweep, and Immix to more performant collectors such as Generational Immix and Sticky Immix. Many of these algorithms are considerably more sophisticated than the Mark and Sweep algorithm used in Ruby and have the potential to deliver significant performance gains.”
— Reworking Memory Management in CRuby
ここで強調されているのは、「MMTk（Memory Management Toolkit）」の統合により、Rubyがさまざまな高度なGCアルゴリズムを活用できるようになり、従来よりも大幅なパフォーマンス向上が期待できる、という点です。
また、これまでRubyが使ってきた「Mark and Sweep」に比べ、「Generational Immix」や「Sticky Immix」など、現代的かつ効率的なGC手法を選択できる柔軟性が魅力として挙げられています。
ガーベジコレクタ統合の現状：なぜ2つの実装があるのか？
記事によると、Ruby向けMMTkの実装には大きく2系統あるとされます。
- MMTkチームが維持するRubyフォーク版（mmtk/rubyほか）
- 最先端の開発が続く、実験色の強いGC実装
- Ruby本体のモジュラーGCフレームワークに統合されたmmtk実装（ruby/mmtkなど）
- Rubyエコシステムの中で使われることを意識した設計
MMTkチーム本家の実装では約5年にわたり独自開発が進み、新アルゴリズムの検証も活発です。
一方、Ruby本体への取り込みは、モジュラリティや相互運用性を重視した再実装であり、まだ本家に比べて機能や成熟度で後れを取っている現状が語られています。
このように長期的には「MMTk本流の進化」と「本体取り込みとの歩調合わせ」が必要になってくることが見て取れます。
驚きの工夫！「移動型GC」が抱える問題と解決策
CRubyでは、2.7以降「moving GC（移動型GC）」が導入されました。
従来は「マーク＆スイープ」一本槍だったRubyですが、「オブジェクトを物理的にメモリ上で移動させる」ことによって、メモリの断片化防止やパフォーマンス向上が狙われています。
記事では、この導入に関する重要な課題が指摘されていました。
“To ensure backwards compatibility, each data type needed to opt-in to using a new API that supports object movement, and all the existing types would pin the objects they refer to. A pinned object cannot move.”
— Reworking Memory Management in CRuby
つまり、移動不可（pinning）を原則とした従来のAPI設計だと、移動可能性のある型の判定や、そのスキャンコストがボトルネックになる――という問題意識です。
従来GCとの決定的な違いは「マークと移動のフェーズを同時に実行する」アルゴリズム（例：Immix）が多く、pinningのタイミングや方式の不一致が性能劣化や複雑性増加につながる点。
そこでMMTk統合の過程で「Potentially Pinning Parents（PPP）」という概念が導入されました。
PPPとしてマークされたオブジェクトは実際にはごく一部しか存在せず、そのリストのみを追加でスキャンする設計にすることで、「GC全体の二重スキャン」を避け、フレームワーク全体のパフォーマンスを大きく損なわない工夫がなされています。
この一点に現代GC開発の苦労と最良のトレードオフ探しの姿勢を見ることができます。
並列・高速化が罠に!? 予想外の性能問題と解決方法
進化の目玉である「マルチスレッドGCによるパラレル実行」でも、開発チームは意外な壁にぶつかりました。
記事中のデータを引用すると、
“The finalization phase iterates over all dead objects to run code to do things like reclaim memory or close file descriptors. Specifically, we found that the culprit was free , the function that frees memory allocated through malloc . … for glibc, jemalloc, and tcmalloc, they all scale negatively with the number of threads. The only allocator that offers any scalability is mimalloc, but we see little to no gain past a factor of 4.”
— Reworking Memory Management in CRuby
要旨としては、「mallocによって外部割り当てされたメモリをfreeする際、スレッド数を増やすとパフォーマンスがむしろ落ちる」という、直感に反した現象が発生したとのこと。
glibc, jemalloc, tcmallocなど著名なアロケータはいずれもスレッド増加でスケーラビリティが悪化し、唯一mimallocがある程度の並列性を許容したが、それでも4スレッド程度で頭打ちになる、という実験結果には衝撃を覚えます。
この解決策としてチームは
– StringやArrayなど頻繁に利用されるバッファ型においてはmallocによる外部割り当てをやめ、隠しRubyオブジェクトとして自身のバッファ領域をCRuby GC内で管理
– 結果として、バッファの生存判定や解放もGCの活性管理で自動化し、最終化フェーズ自体の負荷を逃れる
といった大転換を図ったのです。
この発想の転換は、従来GCでは問題なかった要素（malloc/freeのパフォーマンス）が、大規模並列時には致命的な足枷となりうる点を改めて突き付けており、「昔の常識が最適でない」ことの象徴にもなっています。
導入の意義と今後への挑戦――「GCは進化し続ける」
ここまでの記事内容を踏まえると、MMTk統合プロジェクトの意義は次の3点で特に大きいと考えられます。
-
拡張性と実験性の両立
Ruby自体のメモリ管理をモジュール形式に整理し直すことで、今後も新たなGCアルゴリズムやJITとの連携、現状未解決のGC問題への（研究開発の実験場としての）土壌を獲得できる。 -
パフォーマンスと互換性の両立
従来アプリやnative gemの非互換リスクを最小化しつつ、先端のGCアルゴリズムに順次対応可能な体制を築けた点は、商用ベンダーを含むRubyエコシステム全体にとって極めて心強い。 -
現代ハードウェア（マルチコア大規模）の追随
パラレルGCの罠（malloc/freeのスケーラビリティ破綻）など、規模が拡大する「現代的な計算機リソース」を最大活用できる設計に再編成されたことは、今後も続くCPUコア数の増加にRubyがキャッチアップしていく意志の表れ。
GCは「裏方の縁の下の技術」という印象も強いですが、大規模サービスや商用システム、研究開発用途での言語選択の決定打にもなりうる分野です。
Rubyの「GC再構成」の動きは、今後のWeb・業務アプリケーション分野にも大きな波及効果を与えていくはずです。
編集後記：Rubyの未来、「再発明」は止まらない
筆者自身、普段利用するプログラミング言語のGC事情を意識することはそこまで多くありませんでした。
しかし、API後方互換性・レガシー資産・新規GCアルゴリズムの並列性・パフォーマンス問題の全てを“正面から”解決しようとする姿勢には、言語コミュニティの成熟と危機感、次世代計算機環境への熱いチャレンジを感じます。
特に印象的だったのは、「高速化」というゴール一つとっても、その舞台裏には
– 巨大なレガシーコードの互換性維持
– メモリ管理アルゴリズムの多様な選択肢と実験性
– ハードウェア特性とのシビアな擦り合わせ
など、一筋縄ではない工程が立ちふさがるという点です。
RubyのGC刷新に学ぶべきなのは「自己変革を恐れない姿勢」でしょう。
Webエンジニアであれ、研究開発者であれ、普段何気なく眺める標準ライブラリやプラットフォームの奥で、こうした「地道な進化」が不断に続いている――。
それを知るだけでも、毎日の開発や技術選定の視座が一段深くなるのではないでしょうか。
最後に、本記事から得られる示唆をまとめておきます。
- GCは進化できる、大胆な設計変更も「現場の知恵＋設計」によって可能
- 並列/スケーラビリティは「スレッド投下＝高速化」とはいかず、基盤技術（malloc等）すら見直しが必要
- Rubyに限らず、あらゆる言語で「GC設計の柔軟性」「コミュニティ全体での合意形成」が求められる時代になった
今後のCRubyのGC、日本のRubyコミュニティ、そして広く現代的な言語設計そのものから目が離せません。
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