Java

エンタープライズの標準、JVM上で動作

Javaとは

Javaは1995年にSun Microsystems（現Oracle）が開発したオブジェクト指向言語です。「Write Once, Run Anywhere」を掲げ、JVM上でプラットフォームに依存せず動作します。エンタープライズシステム、Android、ビッグデータ処理で広く使用されています。

Java実行アーキテクチャ

JVM（Java Virtual Machine）の構造

クラスローダー

.classファイル読み込み

実行エンジン

インタプリタ + JIT

メモリ管理

ヒープ + GC

ネイティブIF

JNI

メモリ領域

Heap

オブジェクト格納、GC対象

Stack

ローカル変数、メソッド呼び出し

Metaspace

クラスメタデータ（Java 8+）

JITコンパイラ

HotSpot JVMはC1（クライアント）とC2（サーバー）の2つのJITコンパイラを持ちます。頻繁に実行されるコード（ホットスポット）を検出し、段階的に最適化します。

C1 コンパイラ

• 高速にコンパイル
• 軽量な最適化
• 起動時間重視

C2 コンパイラ

• 高度な最適化
• コンパイル時間は長い
• ピーク性能重視

Tiered Compilation（段階的コンパイル）:最初はインタプリタ → C1で軽く最適化 → ホットなコードはC2で徹底最適化

ガベージコレクション（GC）

JVMは自動メモリ管理（GC）を提供。用途に応じて複数のGCアルゴリズムを選択可能。

G1 GC（デフォルト、Java 9+）

リージョンベース。停止時間目標を設定可能。汎用的。

-XX:+UseG1GC

ZGC（Java 15+）

超低レイテンシ（<10ms）。大容量ヒープ向け。

-XX:+UseZGC

Shenandoah

低レイテンシ。コンカレントコンパクション。

-XX:+UseShenandoahGC

主要なJVMオプション

1 # メモリ設定
2 java -Xms512m -Xmx2g -jar app.jar
3 # -Xms: 初期ヒープサイズ
4 # -Xmx: 最大ヒープサイズ
5 
6 # GC設定
7 java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -jar app.jar
8 
9 # GCログ出力（Java 9+）
10 java -Xlog:gc*:file=gc.log:time,level,tags -jar app.jar
11 
12 # コンテナ対応（Java 10+はデフォルト有効）
13 java -XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -jar app.jar
14 
15 # JIT最適化ログ
16 java -XX:+PrintCompilation -jar app.jar
17 
18 # ヒープダンプ（OOM時）
19 java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heap.hprof -jar app.jar

Spring Boot アーキテクチャ

Spring BootはJavaのデファクトスタンダードWebフレームワーク。組み込みTomcat/Jettyを使い、JARファイル1つでアプリケーションをデプロイ可能。

クライアント

→

組み込みTomcat

→

DispatcherServlet

→

Controller

1 // Spring Boot アプリケーション
2 @SpringBootApplication
3 public class Application {
4     public static void main(String[] args) {
5         SpringApplication.run(Application.class, args);
6     }
7 }
8 
9 @RestController
10 @RequestMapping("/api/users")
11 public class UserController {
12 
13     @Autowired
14     private UserService userService;
15 
16     @GetMapping("/{id}")
17     public ResponseEntity<User> getUser(@PathVariable Long id) {
18         return userService.findById(id)
19             .map(ResponseEntity::ok)
20             .orElse(ResponseEntity.notFound().build());
21     }
22 
23     @PostMapping
24     public ResponseEntity<User> createUser(@RequestBody @Valid UserDto dto) {
25         User user = userService.create(dto);
26         return ResponseEntity.status(HttpStatus.CREATED).body(user);
27     }
28 }

SRE/インフラ観点

監視項目

• ヒープ使用率: Xmxに対する使用量
• GC頻度/停止時間: STW（Stop-The-World）時間
• スレッド数: アクティブスレッド、デッドロック
• クラスローディング: Metaspace使用量

コンテナ化の注意点

• Java 8u131以前はcgroup制限を認識しない
• -XX:MaxRAMPercentageでコンテナメモリの割合を指定
• ヒープ外メモリ（Metaspace、スレッドスタック）も考慮

起動時間最適化

• CDS（Class Data Sharing）: クラスメタデータを共有
• AppCDS: アプリケーションクラスも対象
• GraalVM Native Image: AOTコンパイルで即座に起動

Docker構成例

1 # マルチステージビルド
2 FROM eclipse-temurin:21-jdk AS builder
3 WORKDIR /app
4 COPY . .
5 RUN ./gradlew bootJar --no-daemon
6 
7 FROM eclipse-temurin:21-jre
8 WORKDIR /app
9 
10 # セキュリティ: 非rootユーザー
11 RUN addgroup --system app && adduser --system --ingroup app app
12 USER app
13 
14 COPY --from=builder /app/build/libs/*.jar app.jar
15 
16 # JVM設定
17 ENV JAVA_OPTS="-XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -XX:+UseG1GC"
18 
19 EXPOSE 8080
20 ENTRYPOINT ["sh", "-c", "java $JAVA_OPTS -jar app.jar"]

1 # Kubernetes Deployment
2 apiVersion: apps/v1
3 kind: Deployment
4 metadata:
5   name: java-app
6 spec:
7   template:
8     spec:
9       containers:
10         - name: app
11           image: myapp:latest
12           resources:
13             requests:
14               memory: "512Mi"
15               cpu: "500m"
16             limits:
17               memory: "1Gi"
18               cpu: "1000m"
19           env:
20             - name: JAVA_OPTS
21               value: "-XX:MaxRAMPercentage=75.0 -XX:+UseG1GC"
22           livenessProbe:
23             httpGet:
24               path: /actuator/health/liveness
25               port: 8080
26             initialDelaySeconds: 60  # ウォームアップ考慮
27           readinessProbe:
28             httpGet:
29               path: /actuator/health/readiness
30               port: 8080
31             initialDelaySeconds: 30

1	# メモリ設定
2	java -Xms512m -Xmx2g -jar app.jar
3	# -Xms: 初期ヒープサイズ
4	# -Xmx: 最大ヒープサイズ
5
6	# GC設定
7	java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -jar app.jar
8
9	# GCログ出力（Java 9+）
10	java -Xlog:gc*:file=gc.log:time,level,tags -jar app.jar
11
12	# コンテナ対応（Java 10+はデフォルト有効）
13	java -XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -jar app.jar
14
15	# JIT最適化ログ
16	java -XX:+PrintCompilation -jar app.jar
17
18	# ヒープダンプ（OOM時）
19	java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heap.hprof -jar app.jar

1	// Spring Boot アプリケーション
2	@SpringBootApplication
3	public class Application {
4	public static void main(String[] args) {
5	SpringApplication.run(Application.class, args);
6	}
7	}
8
9	@RestController
10	@RequestMapping("/api/users")
11	public class UserController {
12
13	@Autowired
14	private UserService userService;
15
16	@GetMapping("/{id}")
17	public ResponseEntity<User> getUser(@PathVariable Long id) {
18	return userService.findById(id)
19	.map(ResponseEntity::ok)
20	.orElse(ResponseEntity.notFound().build());
21	}
22
23	@PostMapping
24	public ResponseEntity<User> createUser(@RequestBody @Valid UserDto dto) {
25	User user = userService.create(dto);
26	return ResponseEntity.status(HttpStatus.CREATED).body(user);
27	}
28	}

1	# マルチステージビルド
2	FROM eclipse-temurin:21-jdk AS builder
3	WORKDIR /app
4	COPY . .
5	RUN ./gradlew bootJar --no-daemon
6
7	FROM eclipse-temurin:21-jre
8	WORKDIR /app
9
10	# セキュリティ: 非rootユーザー
11	RUN addgroup --system app && adduser --system --ingroup app app
12	USER app
13
14	COPY --from=builder /app/build/libs/*.jar app.jar
15
16	# JVM設定
17	ENV JAVA_OPTS="-XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -XX:+UseG1GC"
18
19	EXPOSE 8080
20	ENTRYPOINT ["sh", "-c", "java $JAVA_OPTS -jar app.jar"]

1	# Kubernetes Deployment
2	apiVersion: apps/v1
3	kind: Deployment
4	metadata:
5	name: java-app
6	spec:
7	template:
8	spec:
9	containers:
10	- name: app
11	image: myapp:latest
12	resources:
13	requests:
14	memory: "512Mi"
15	cpu: "500m"
16	limits:
17	memory: "1Gi"
18	cpu: "1000m"
19	env:
20	- name: JAVA_OPTS
21	value: "-XX:MaxRAMPercentage=75.0 -XX:+UseG1GC"
22	livenessProbe:
23	httpGet:
24	path: /actuator/health/liveness
25	port: 8080
26	initialDelaySeconds: 60 # ウォームアップ考慮
27	readinessProbe:
28	httpGet:
29	path: /actuator/health/readiness
30	port: 8080
31	initialDelaySeconds: 30