RubyGCでメモリエラー撃退

Ruby応用とメモリ管理の基礎

Rubyは動的型付けと自動メモリ管理を備えているため、開発者はコードのロジックに集中できます。しかし、実際のアプリケーションではメモリ使用量が増大し、パフォーマンス低下やクラッシュの原因となることがあります。まずはRubyのメモリ管理の仕組みを理解し、適切な設計を行うことが重要です。

Rubyのオブジェクトはヒープ上に配置され、参照カウントと世代別ガベージコレクション（GC）によって管理されます。GCは定期的に実行され、不要になったオブジェクトを解放しますが、頻繁に発生するとスリープ時間が増え、レスポンスが低下します。

RubyのGCは「世代別GC」と呼ばれるアルゴリズムを採用しています。オブジェクトは「若い世代」と「古い世代」に分けられ、若い世代でのGCは高速に実行され、古い世代は頻度が低くなります。これにより、短命オブジェクトの解放コストを抑えつつ、長期にわたるオブジェクトの管理も行います。

GCの挙動を制御する環境変数や設定項目があります。例えば、RUBY_GC_HEAP_FREE_SLOTSやRUBY_GC_MALLOC_LIMITを調整することで、GCの頻度やメモリ使用量を最適化できます。

export RUBY_GC_HEAP_FREE_SLOTS=5000
export RUBY_GC_MALLOC_LIMIT=2000000

頻繁に生成されるオブジェクトはGCの負荷を増大させます。以下のテクニックでアロケーションを削減しましょう。

不要なオブジェクト生成を避ける：文字列連結はString#concatやString#<<を使用し、新しいオブジェクトを作らないようにする。
配列やハッシュの初期サイズを指定：Array.new(1000)のようにサイズを予め確保すると再割り当てが減ります。
シンボルの再利用：シンボルは一度生成されると永続化されるため、頻繁に使う文字列はシンボルに変換。
メモリプールを活用：ObjectSpace.each_objectで不要オブジェクトを検出し、明示的にObjectSpace.define_finalizerで解放。

メモリリークは、不要になったオブジェクトがGCに解放されずに残る現象です。RubyにはObjectSpaceやmemory_profiler、derailed_benchmarksなどのプロファイリングツールがあります。

require 'memory_profiler'
report = MemoryProfiler.report do
  # 監視対象の処理
  1000.times { |i| "string#{i}".dup }
end
report.pretty_print

上記のスニペットは、実行中に生成されたオブジェクトの数とサイズを可視化します。リークが疑われる箇所は、オブジェクト数が急増し、解放されないケースです。

メモリエラーは、アプリケーションが許容できるメモリ上限を超えると発生します。対策としては以下があります。

実際にRailsアプリでメモリリークを検出したケースでは、ActiveRecord::Associations::CollectionProxyが大量に残っていたため、includesの使い方を見直し、preloadに切り替えることでメモリ使用量を30%削減しました。