JavaScriptランタイム徹底解説：ブラウザ・Node.js・Deno・Bunの仕組みとイベントループ・パフォーマンスの違い
エバープレイ編集部JavaScriptランタイムとは
「JavaScriptランタイム」とは、単にJavaScriptコードを解析・実行するエンジン（例：V8、SpiderMonkey、JavaScriptCore）だけでなく、そのエンジンが動作する環境全体を指します。具体的には、ECMAScript仕様に基づく言語実行部に加え、タイマーやネットワーク、ファイル入出力、DOMなどの「ホストが提供するAPI」、非同期処理を調整するイベントループ、ネイティブのバインディングやスレッドプール、メモリ管理（GC）などの実装が含まれます。つまりランタイムは「JavaScriptが実用的に動くためのプラットフォーム」です。
ランタイムの主要構成要素
- JavaScriptエンジン：ECMAScript（言語仕様）を解釈／コンパイルして実行する。例：V8、SpiderMonkey、JavaScriptCore。
- ホストAPI：言語仕様外の機能。ブラウザならDOM・fetch・WebSocket、Node.jsならfs・net・processなど。
- イベントループとキュー：非同期処理（コールバック、Promise等）のスケジューリングを管理する。
- ネイティブライブラリ/バインディング：OSの非同期I/Oを扱うライブラリ（Node.jsのlibuv等）やネイティブモジュールの橋渡し。
- ガベージコレクション（GC）：メモリ管理。世代別GCや並列マークなどの実装がある。
代表的なランタイムの例と特徴
- ブラウザ（Chrome, Firefox, Safari 等）：JavaScriptエンジンに加え、DOM・CSSOM・Canvas・Web API群を提供。厳格なセキュリティサンドボックスの下で動作し、同一生成元ポリシーやCSPなどが適用される。
- Node.js：V8をエンジンに使い、libuvで非同期I/O（epoll/kqueue/IOCP）を扱う。ファイルシステムやネットワークへのアクセスが可能で、サーバーサイド用途に最適化されている。CommonJSモジュール（require）や近年のESモジュール対応、ネイティブアドオン（N-API/Node-API）などがある。
- Deno：V8 + Rustで実装されたランタイム。セキュリティ（デフォルトで権限なし）やESモジュール、TypeScriptのサポート、標準APIのモダン化を特徴とする。
- Bun：高パフォーマンスを目指したランタイム。JavaScriptCoreを採用し、独自のバンドル・パッケージ管理・高速HTTP等を提供する（実装方針は随時更新される）。
イベントループの仕組み（ブラウザとNodeの違い）
イベントループはランタイムの心臓部です。同期処理が終わると、ランタイムはイベントループに戻り、保留中のタスクを取り出して処理します。大きく「マクロタスク（task/macrotask）」と「マイクロタスク（microtask）」に分かれ、マイクロタスクは同一ターン内でマクロタスクより優先されます。
簡単な例：
console.log('start');
setTimeout(() => console.log('timeout'));
Promise.resolve().then(() => console.log('promise'));
console.log('end');出力順は "start", "end", "promise", "timeout" になります。Promiseのコールバックはマイクロタスクなので、現在のマクロタスク終了時に即座に実行されます。
ただしNode.jsには独自のキューがあり、process.nextTickはマイクロタスクよりもさらに優先される特別なキューとして動作します（process.nextTickは現在の操作の直後に実行され、通常のPromiseマイクロタスクより先に処理されます）。また、Nodeのイベントループはlibuvのフェーズ（timers → pending callbacks → idle/prepare → poll → check → close callbacks）で構成され、各フェーズごとに処理が行われます。
エンジン内部：JITとGCの概略
JavaScriptエンジンは単純な解釈実行だけでなく、JIT（Just-In-Time）コンパイル、型フィードバック、インラインキャッシュ、隠れクラス（hidden classes）といった最適化手法で高速化します。例えばV8はIgnition（バイトコードインタプリタ）とTurboFan（最適化コンパイラ）を組み合わせて動作します。
メモリ管理は自動GCに依存し、世代別ガベージコレクション（若世代・老世代）や並列マーキング、インクリメンタルなスイープなどでパフォーマンスと停止時間のトレードオフを調整しています。開発者は「長時間CPUを占有する処理を避ける」「大きなメモリを一度に確保しない」などでGCの負荷を抑制できます。
実務的な影響と注意点
- ブロッキングを避ける：CPUを長時間占有する処理（同期ループや重い計算）はイベントループを止め、すべての非同期処理を遅延させる。Worker Threads／Web Workersやネイティブモジュール、外部プロセスを使って分割する。
- 非同期パターンの理解：Promise/async-await、コールバック、ストリーム、イベントエミッタの違いを把握し、エラーハンドリング（未処理のPromise拒否など）を適切に行う。
- セキュリティモデル：ブラウザは厳格にサンドボックス化されるが、サーバーランタイム（Node/Deno/Bun等）はファイルやネットワークに直接アクセスできる。権限や入力検証、環境変数の扱いに注意する。
- 互換性と標準化：ECMAScript自体は言語仕様のみを定義し、ホスト環境のAPIは別仕様（Web APIやNodeのドキュメント）で定義される。複数のランタイム間でコードを移植する際にはAPIの差異に注意する。
- ネイティブアドオンとパフォーマンス：計算負荷の高い処理や低レベルI/Oはネイティブアドオンで高速化できるが、メンテナンスやセキュリティ面のコストも増える。
最近のトレンドと将来像
近年はランタイムの多様化（Deno、Bun等）とWeb標準の拡張（Fetch APIのサーバー導入、WebAssemblyの普及、SharedArrayBufferの復活など）が進んでいます。さらにサーバーサイドでも「エッジランタイム（実行が分散する環境）」向けの軽量なAPIや起動時間最適化が注目されています。ランタイムごとのAPIの標準化や互換レイヤー（例えばfetchがNodeに入ったこと）も進んでおり、開発者はより「ランタイムの差」を意識しつつも移植性の高い設計を求められます。
まとめ
JavaScriptランタイムは「エンジン＋ホストAPI＋イベントループ＋ネイティブ基盤＋GC」といった複合的なシステムで、単なる言語実行環境を超えたプラットフォームです。ブラウザとサーバー（Node/Deno/Bun等）で提供されるAPIやセキュリティモデルは大きく異なり、開発者はイベントループや非同期処理、メモリ/CPUの使い方を正しく理解することで、性能・安全性・移植性の高いアプリケーションを設計できます。
参考文献
- MDN: イベントループ
- MDN: Web API 一覧
- WHATWG: HTML Living Standard — Event loops
- Node.js Guide: Event Loop, Timers, and process.nextTick()
- V8 JavaScript エンジン 公式
- libuv 公式（Node.jsの非同期I/Oライブラリ）
- Deno マニュアル
- Bun 公式サイト
- ECMAScript Language Specification
- WebAssembly 公式
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