Quarkusのランタイムモデルを初心者向けに解説！JVMとNativeをわかりやすく理解しよう

Quarkusのランタイムモデル（JVM/Native）を理解しよう

先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「QuarkusにはJVMモードとネイティブモードという二つの動作方法があると聞きましたが、どう違うんでしょうか？」

先生

「QuarkusはJavaの枠の中でとても独特な動きをするフレームワークなんです。JVMで動作させる方法と、GraalVMでネイティブ化して実行する方法の二つが選べますよ。」

生徒

「ネイティブって高速というイメージがありますけど、実際にはどんな違いがあるんですか？」

先生

「どちらにも特徴があって、クラウドやコンテナで動かすときに大きな差が出るんです。では二つのランタイムについて詳しく見ていきましょう。」

1. Quarkusのランタイムモデルとは何か

Quarkusのランタイムモデルとは、Quarkusで作ったアプリケーションを「どんなしくみで動かすか」を決める考え方のことです。Javaアプリケーションがどのように起動し、どれくらいのメモリを使い、クラウド上でどのくらいきびきび動くのかは、このランタイムモデルによって大きく変わります。Quarkusでは、Java Virtual Machine上で動作させるJVMモードと、あらかじめネイティブイメージを作って実行するネイティブモードという二つの動かし方を選ぶことができます。

もう少しイメージしやすく言うと、同じJavaのソースコードでも「通常のJavaとして動かすのか」「あらかじめ軽くて高速な実行ファイルのかたちにしておくのか」を切り替えられる、というイメージです。電車に例えると、各駅停車と急行列車のように、目的地は同じでも走り方が違うイメージに近いでしょう。どちらのモードを選ぶかによって、起動時間やメモリ使用量、クラウド上での動かしやすさが変わります。

このランタイムモデルの考え方は、クラウドネイティブアプリケーションやマイクロサービス、コンテナ環境での運用にとても重要です。たとえば「すぐに起動してすぐ止まるサービスにしたいのか」「長時間安定して動き続けるバックエンドにしたいのか」といった要件によって、向いているランタイムが変わってきます。開発者は、アプリケーションの目的やクラウドの利用コスト、マイクロサービスとしての構成を考えながら、JVMモードとネイティブモードのどちらを選ぶかを決めていきます。

プログラミング未経験の方でもイメージしやすいように、Quarkusのランタイムモデルを簡単に体感できるサンプルコードを用意してみます。ここでは、どのランタイムで動いているかをわかりやすいメッセージで返すだけの、とてもシンプルなRESTエンドポイントを用意しています。


import jakarta.ws.rs.GET;
import jakarta.ws.rs.Path;

@Path("/mode-info")
public class ModeInfoResource {

    @GET
    public String info() {
        return "このアプリはQuarkusで動作。ランタイムモデルによりJVMモードまたはネイティブモードで実行可能。";
    }
}

このコードは、/mode-infoというURLにアクセスされたときに、文字のメッセージを返すだけの、とても小さなサービスです。Quarkusのプロジェクトにこのクラスを追加し、JVMモードで実行してもネイティブモードで実行しても、同じようにブラウザからアクセスできます。ただし、裏側でどのランタイムモデルを使っているかによって、起動までにかかる時間や使うメモリの量が変わる、という点がポイントです。

このように、ランタイムモデルそのものはコードの書き方を大きく変えるものではなく、「同じアプリケーションをどのような形で動かすか」を切り替えるための考え方です。クラウド環境、コンテナ、マイクロサービスといったキーワードと結びつけて覚えておくと、Quarkusの特徴を理解しやすくなります。まずはこのランタイムモデルの全体像をおさえたうえで、JVMモードとネイティブモードそれぞれの特徴を少しずつ確認していくと、QuarkusによるJava開発のイメージがぐっとつかみやすくなります。

2. JVMモードで動作する場合の特徴

JVMモードは、従来のJavaアプリケーションと同じようにJava Virtual Machine（JVM）上で動作する方式です。ふだんJavaを使っている方にとってはおなじみの動き方で、クラスファイルをJVMが読み込み、その上でアプリケーションが動きます。長年使われてきた実績ある実行環境のため、安定性が高く、運用ノウハウやトラブルシューティングの情報も豊富に蓄積されています。

JVMモードの大きな利点は、「開発しやすさ」と「ツールの豊富さ」です。一般的なJavaアプリケーションと同じようにIDEでデバッグしたり、ログを確認したり、プロファイラや監視ツールを使って動きを細かく追いかけることができます。すでにJavaの開発経験があるチームであれば、QuarkusのJVMモードを選ぶことで、これまでと近い感覚でクラウドアプリケーションやマイクロサービスを実装しやすくなります。

またJVMには、実行しながら最適化を行うJITコンパイルという仕組みがあります。アプリケーションが長時間動き続けるほど、JITコンパイラがプログラムのパターンを学習し、処理を最適化してくれるため、時間の経過とともにパフォーマンスが向上していくことがあります。そのため、常時稼働するバックエンドサービスや、長期間動かし続ける業務システムとの相性が良いという特徴があります。

一方で、JVMモードには弱点もあります。JVMそのものを起動する必要があるため、アプリケーションの起動時間が比較的長くなりやすく、メモリも多めに消費します。サーバーレス環境や、トラフィックに応じてコンテナを素早く増減させるようなマイクロサービス構成では、この起動時間やメモリ消費が気になる場面も出てきます。ですから、「いつも起動しっぱなしで安定して動かしたいサービスかどうか」が、JVMモードを選ぶかどうかの一つの判断ポイントになります。

プログラミング未経験の方にもイメージしやすいように、JVMモードで動作させたときに動きを確認できる、とてもシンプルなサンプルコードを見てみましょう。ここでは、「いまJVMモードで動いているアプリだよ」というメッセージを返すだけのRESTエンドポイントを用意しています。


import jakarta.ws.rs.GET;
import jakarta.ws.rs.Path;

@Path("/jvm-info")
public class JvmInfoResource {

    @GET
    public String info() {
        return "このサービスはJVMモードで動作するQuarkusアプリケーションです。";
    }
}

このクラスをQuarkusのプロジェクトに追加し、JVMモードでアプリケーションを起動したうえでブラウザから/jvm-infoにアクセスすると、テキストメッセージが表示されます。コードの内容はとても簡単ですが、「Javaのコードを書いてJVM上で動かす」という基本的な流れを体験するには十分です。実際の現場でも、このようなRESTエンドポイントが増えていき、それぞれがマイクロサービスとしてクラウド上で動くイメージになります。

まとめると、JVMモードは、Javaの知識をそのまま活かしつつ、豊富なライブラリやツールを使ってアプリケーションを開発・運用できることが強みです。起動時間やメモリ消費はやや大きくなるものの、長時間安定して動かしたいWebアプリケーションやバックエンドAPIには向いており、クラウド上での基盤システムとしても十分に活躍できます。このあと紹介するネイティブモードとあわせて理解しておくことで、Quarkusのランタイムモデルをより現実的な視点で選びやすくなります。

3. Nativeモード（ネイティブイメージ）の特徴とメリット

Nativeモードでは、GraalVMを利用してアプリケーションをネイティブイメージとしてコンパイルします。これは実行にJVMを必要とせず、単体のバイナリファイルとして動作します。ネイティブ化されたアプリケーションは非常に高速に起動し、メモリ使用量も少なく、クラウドやコンテナ環境に非常に相性が良い特性を持ちます。

ネイティブ化によって起動速度は数十ミリ秒になる場合が多く、サーバーレスやスケールアウトのスピードが重要なアプリケーションでは大きな強みになります。またメモリ使用量が小さいため、クラウドの利用コスト削減にも直結します。

ただしネイティブビルドには時間がかかり、JVMモードに比べてビルド工程が重くなるため、開発中の反復作業には向かない点があります。そのため開発中はJVMモード、本番環境ではネイティブモードという使い分けが一般的です。

4. QuarkusのJVMとNativeの違いを比較しよう

Quarkusのランタイムモデルを理解するには、二つのモードを比較するのが最もわかりやすい方法です。JVMモードは開発者にとって扱いやすく、長時間動作するアプリケーションに向いています。一方Nativeモードは起動速度が圧倒的に速く、クラウド環境でのリソース節約に強みがあります。

またコンテナ環境ではネイティブイメージの軽さがメリットになり、デプロイやスケール処理が効率化されます。クラウド向けのアプリ開発が進む中で、この二つのモードを使い分けることができることは、Quarkusの重要な特徴であり、開発の幅を広げてくれます。

5. サンプルコードで違いをイメージしてみよう

ここでは非常にシンプルなQuarkusのRESTエンドポイントのサンプルを紹介します。JVMモードでもネイティブモードでも同じコードで動作しますが、起動速度とメモリ使用量に大きな違いが出ます。


import jakarta.ws.rs.GET;
import jakarta.ws.rs.Path;

@Path("/runtime")
public class RuntimeResource {

    @GET
    public String mode() {
        return "Quarkusのランタイムモデルを学習中です！";
    }
}

このような小さなサービスでも、ネイティブ化すれば数十ミリ秒で起動する軽量な実行ファイルになります。クラウド上で大量のインスタンスが立ち上がるような環境を考えると、この差は非常に大きいものになります。

6. 開発者はJVMとNativeをどう使い分けるべきか

開発中はJVMモードでホットリロードを使いながら効率的に作業を進め、本番にデプロイするときにネイティブ化するというスタイルがよく採用されています。これにより開発効率と本番環境でのパフォーマンスの両方を最大限に高めることができます。

またクラウド向けにアプリケーションを最適化したい場合はネイティブモードを積極的に採用することで、コスト削減やレスポンス向上が期待できます。Quarkusの柔軟なランタイムモデルは、現代のクラウド開発において大きな強みになります。

まとめ

QuarkusのランタイムモデルであるJVMモードとネイティブモードは、どちらも現代のアプリケーション開発において非常に重要な役割を果たします。とくにクラウド環境やコンテナ基盤での運用を考えると、起動速度やメモリ使用量の差が大きく影響し、選択するランタイムによってアプリケーションの性能や運用コストが大きく変化します。JVMモードは伝統的なJava環境での豊富なツールや安定した実行基盤に支えられており、長時間稼働するサービスに向いています。一方、ネイティブモードは高速起動と低メモリ消費が求められるサーバーレス環境やスケールアウトを重視するクラウド環境で強力な選択肢になります。これらの違いを理解し適切に使い分けることで、アプリケーションの実行効率が向上し、運用上の柔軟性も高まります。また、Quarkusの特性である「ビルド時最適化」や「軽量ランタイム構造」は、現代的なマイクロサービスや大規模分散システムとの相性が非常によく、クラウド性能を最大限に引き出す形で設計されています。特にネイティブイメージの生成では、従来のJavaでは難しかった高速起動が可能となり、大量インスタンスが瞬時に立ち上がるクラウド基盤において大きな利点となります。こうした特徴を理解して正しく活用することが、今後のJava開発において非常に大切になります。さらにJVMモードとネイティブモードは単に起動時間やメモリの違いだけでなく、開発フェーズと本番フェーズで切り替えるという運用の観点でも重要です。開発フェーズではJVMモードを使いホットリロードで効率化し、本番ではネイティブモードで最適化された実行バイナリを利用することで、開発生産性と実行性能を両立できます。こうしたワークフローはクラウドネイティブ時代のアプリケーション開発の標準的な形となりつつあり、多くの開発者が採用しています。以下はランタイムモデルの理解を深めるために、記事と同じ形式で簡単なコードサンプルを載せています。Quarkusの基本的なRESTエンドポイントの形を維持しながら、ランタイムの切り替えでどのような差が出るかをイメージしやすくしています。

サンプルプログラム


import jakarta.ws.rs.GET;
import jakarta.ws.rs.Path;

@Path("/summary")
public class SummaryResource {

    @GET
    public String info() {
        return "JVMモードとネイティブモードのちがいをふかくりかいできました。";
    }
}

このようなシンプルなコードでも、JVMモードでは起動に数百ミリ秒から数秒かかる可能性がありますが、ネイティブモードでは数十ミリ秒で軽快に起動し、コンテナ環境やサーバーレス実行基盤で非常に高い効果を発揮します。これがQuarkusが現代のクラウド開発で注目される理由のひとつといえるでしょう。また、ネイティブ化によりメモリ使用量が削減されるため、大量のコンテナを同時に扱うようなマイクロサービス構成においても大きな利点があります。さらにクラウド時代のアプリケーションでは、リクエスト増加に応じて迅速にスケールアウトする能力が必須となっています。ネイティブモードの高速起動は、この要求を満たすもっとも効果的な手段の一つであり、リソース効率とコスト最適化にも直結します。一方で開発時にはJVMモードの利便性が高く、両者のバランスを理解して切り替えることが、より実践的なアプリケーション構築の鍵となります。このようにQuarkusは「目的に合わせてランタイムを選べる」という柔軟性を持っており、クラウドネイティブ開発において非常に強力な選択肢です。高速性、軽量性、生産性を高めるためのさまざまな特性が盛り込まれており、Java開発の新しい道を切り開く存在として多くの開発者に注目されています。ランタイムモデルの理解はQuarkus活用の第一歩であり、アプリケーションの効率化や安定した運用の基盤となります。

先生と生徒の振り返り会話

生徒

「きょうの学習で、JVMモードとネイティブモードのちがいがはっきりわかりました。とくにクラウドでの高速きどうやメモリしょうひのすくなさがとても印象にのこりました。」

先生

「その理解はとてもすばらしいですね。QuarkusはJavaの可能性をさらにひろげてくれる技術なので、ランタイムモデルを知ることで設計の幅も大きくひろがりますよ。」

生徒

「開発中はJVMモードで効率よく作業して、本番はネイティブモードで高速実行という使いわけがとても理にかなっていることもよく理解できました！」

先生

「ええ、その切りかえこそがQuarkusをつかう大きな理由のひとつです。これからのクラウド開発でも役に立つので、ぜひ実際に手を動かして試してみてくださいね。」