効率的なマイクロサービスアーキテクチャの構築方法

今日のテクノロジー業界では、一つのプラットフォームでエンドユーザーのニーズのほとんど、あるいはすべてを満たすことができるべきだという期待が持たれている。マイクロサービスの集合体としてパッケージ化されたソフトウェアは、その期待に応えることを可能にする。

最近の市場調査によると、世界のマイクロサービスアーキテクチャ市場は目覚ましい成長を遂げており、2025年には119億1000万ドルの規模に達し、2033年まで年平均成長率12.25%で拡大すると予測されている。一方、クラウドマイクロサービス分野は、2025年には22億7000万ドルの市場規模となり、2026年には27億4000万ドルに成長し、2030年には年平均成長率（CAGR）20.7%で58億2000万ドルに達すると予測されている。この爆発的な成長は、世界中の組織がデジタル変革への道としてマイクロサービスアーキテクチャを採用していることを反映しているが、企業リーダーは依然としてマイクロサービスの複雑さに直面してもシンプルさを提供するソリューションを必要としている。

成功するためには、アプリケーション設計と基盤となるインフラストラクチャの両方を網羅したロードマップが必要です。

主なポイント：

• まず設計から始めましょう：ドメイン駆動設計（DDD）から始めて、明確なサービス境界を確立します。アプリケーションを適切に、明確に定義されたマイクロサービスに分解することで、密結合を防ぎ、各サービスが単一の明確な責任を持つことが保証されます。
• インフラストラクチャは重要です。成功には、災害復旧、仮想化に適したハイパーバイザー、大容量通信のための十分なリソース割り当て、マイクロサービスエコシステムをサポートするために適切に構成されたサーバーなど、堅牢なインフラストラクチャが必要です。
• 分散化が鍵となります。ボトルネックを回避するためにサービスごとにデータベースを配置するパターンを実装し、安全な通信のためにAPIゲートウェイを使用し、オーケストレーションと回復力のためにKubernetesを活用し、自動化された信頼性の高いデプロイメントのためにCI/CDパイプラインを確立します。

   

マイクロサービスアーキテクチャとは何ですか？

マイクロサービスアーキテクチャとは、ソフトウェアが多数の小さな独立したサービスで構成され、それらのサービスが定義されたAPIを介して通信するように設計される、独特なソフトウェア開発手法を指します。ソフトウェアパッケージング手法としてのコンテナ化の普及は、現代のITにおけるマイクロサービスの影響力を示す一例である。

マイクロサービスを中心としたアーキテクチャを構築する利点は、結果として得られるアプリケーションがより拡張性が高く、開発が容易で、市場投入までの期間が短縮される点にある。多数のマイクロサービスで構成されるソフトウェアは、比較的独立性が高いため、外部コンポーネントへの依存度が高い標準的なアプリケーションに影響を与える可能性のある障害状況に対しても、高い耐性を持つ。

これは、従来のモノリシックアーキテクチャとは異なり、モノリシックに設計されたアプリケーションは、単一のサービスとしてプロセスを実行します。これは、個々の複雑な機能に対する需要が増加するにつれて、アーキテクチャ全体がそれに合わせて拡張する必要があるため、複雑さが増すという結果につながる。

一方、マイクロサービスは自律的で、それぞれに特化している。個々のマイクロサービスは、特定のニーズや問題に対処することを目的としており、開発から廃止まで、ライフサイクルのあらゆる段階を経ても、他のサービスの機能に影響を与える必要は一切ありません。

パート1：インフラストラクチャの前提条件

1. 災害復旧とハイパーバイザー

災害復旧は、あらゆる種類のアーキテクチャの成功を確実にするための重要な前提条件である。サードパーティのプラットフォームを使用してマイクロサービスアーキテクチャを構築または有効化する場合、この前提条件を満たす最も簡単な方法は、そのベンダー独自の災害復旧サービスソリューションを使用することかもしれません。

適切なハイパーバイザーを選択し、正しく実装することも、特に重要な要件の一つです。仮想化はマイクロサービスベースのアプリケーションの展開を支援する強力な手法であり、ハイパーバイザーはこの仮想化を可能にし、リソースの割り当てを容易にする非常に重要な技術コンポーネントです。

2. リソースの割り当て

マイクロサービスは、大量の通信と広範な帯域幅のニーズに対応するため、相当量のCPU、メモリ、およびディスクリソースを必要とします。アーキテクチャ設計者は、マイクロサービスとその他のインフラストラクチャプロセスの両方に十分なリソースが確保されるようにする責任を負います。

3. サーバー構成

これらのマイクロサービスを有効にする前に、組織の具体的なニーズとマイクロサービスに期待されるタスクに応じて、ネームサーバーとNTPサーバーを設定する必要があります。

パート2：段階的な実装ガイド

マイクロサービスを成功裏に導入するには、アプリケーション設計と運用上の卓越性のバランスを取る体系的なアプローチが必要です。堅牢で拡張性の高いマイクロサービスアーキテクチャを構築するには、以下の5つの重要な手順に従ってください。

ステップ1：境界を定義する（ドメイン駆動設計）

ドメイン駆動設計（DDD）は、マイクロサービスアーキテクチャを成功させるための基礎となるものです。まず、各分野の専門家と協力して、自社の事業領域とサブ領域を特定することから始めましょう。各マイクロサービスは、特定のビジネス機能を中心とした明確な境界、つまり境界付けられたコンテキストに沿っているべきである。例えば、eコマースプラットフォームでは、注文管理、在庫管理、決済処理、顧客プロファイルなどについて、それぞれ個別のコンテキストを定義することができます。

重要なのは、細かすぎるサービス（サービス間の通信が過剰になる）や粗すぎるサービス（マイクロサービスの目的を損なう）を作成しないことです。イベントストーミングワークショップなどの手法を用いて、ワークフローをマッピングし、サービスの自然な境界を特定します。同時に変更されるエンティティには特に注意してください。それらは通常、同じサービス内に存在すべきです。適切に定義されたこれらの境界は、各サービスがアーキテクチャ全体に連鎖的な変更を引き起こすことなく、独立して進化することを保証します。

ステップ2：データ管理の分散化

サービスごとにデータベースを配置するパターンは、マイクロサービスアーキテクチャにおける真の疎結合を実現するための基本となる。各マイクロサービスは自身のデータを所有し、他のサービスのデータベースに直接アクセスしてはならない。これはつまり、注文サービス専用のデータベースが、顧客サービスデータベースとは別に存在するということです。このパターンはデータの一貫性やサービス間のクエリに関して複雑さを増すものの、重要な利点も提供します。各サービスは最適なデータベース技術を選択でき、独立してスケーリングでき、データベース移行の調整なしにデプロイできます。

複数のサービスにまたがるデータを処理するには、APIコンポジション（サービスがAPIを介して互いにクエリを実行する）、複雑なクエリのためのコマンドクエリ責任分離（CQRS）、または最終的な一貫性を維持するためのイベントソーシングなどのパターンを実装します。マイクロサービスの世界では、分散データ管理はバグではなく機能であると認識すべきです。それは、マイクロサービスの価値を高める独立性と回復力を実現するからです。

数十、数百ものマイクロサービスにまたがる分散データベースの管理は、重大な運用上の課題を伴う。ここでデータベース管理プラットフォームが不可欠となる。Nutanix Data Services for Kubernetes (NDK) は、Kubernetes 環境内でのデータベースのプロビジョニング、バックアップ、リカバリ、および監視を自動化することで、この複雑さを解消します。NDKはPostgreSQL 、MySQL、MongoDBなど、複数のデータベースエンジンをサポートしており、各マイクロサービスチームは一貫した運用慣行を維持しながら、最適なデータベースを選択できます。

NDKを使用すると、データベースのデプロイはKubernetesマニフェストを適用するのと同じくらい簡単になり、バックアップ、パッチ適用、スケーリングなどの重要な操作が自動化されるため、運用上のオーバーヘッドが削減され、マイクロサービスエコシステム全体で一貫性が確保されます。このレベルの自動化は、それぞれ独自のデータ要件を持つ多数のマイクロサービスを管理する組織にとって不可欠です。

ステップ3：通信を確立する（APIゲートウェイ）

マイクロサービス間の内部通信には、軽量で効率的なプロトコルが必要となる。HTTP経由のREST APIは、そのシンプルさと言語非依存性から、最も一般的な選択肢となっている。高性能なシナリオでは、HTTP/2とプロトコルバッファを使用して高速なシリアル化を実現するgRPCを検討してください。サービスがエンドポイントをハードコーディングすることなく動的に互いを検出できるように、サービスディスカバリメカニズム（ConsulやKubernetes DNSなど）を実装します。

非同期通信には、メッセージキュー（RabbitMQ、Apache Kafkaなど）またはイベントバスを使用して、サービス間の結合度をさらに低減してください。これにより、サービス間の直接的な依存関係なしに通信が可能になります。支払いが完了すると、決済サービスはイベントを発行し、注文サービスと通知サービスはそれを独立して利用できます。このイベント駆動型アーキテクチャは、耐障害性を高め、拡張性を向上させます。

外部との通信にはAPIゲートウェイが必要です。APIゲートウェイは、リクエストを適切なマイクロサービスにルーティングする単一のエントリポイントです。ゲートウェイは、認証、レート制限、リクエストルーティング、レスポンス集約、プロトコル変換といった、横断的な懸念事項を処理します。これにより、クライアントアプリケーションは数十もの個別のサービスエンドポイントを追跡するのではなく、単一の統合されたAPIとやり取りするため、アプリケーションが簡素化されます。

人気のあるAPIゲートウェイソリューションには、Kong、Ambassador、AWS API Gatewayなどがあります。このゲートウェイは、リクエストの変換、複数のサービスからのレスポンスの結合、およびAPIの使用状況に関する分析も実行できます。重要な点として、ゲートウェイ契約が安定している限り、クライアントアプリケーションに影響を与えることなく、内部アーキテクチャを外部クライアントから保護できます。つまり、バックエンドサービスを再編成したり、置き換えたりすることが可能になります。

ステップ4：回復力とオーケストレーションを確保する

Kubernetesはマイクロサービスのオーケストレーションにおける事実上の標準となり、コンテナ化されたアプリケーションのデプロイ、スケーリング、および管理を自動化する。Kubernetesは、サービスディスカバリ、ロードバランシング、ローリングアップデート、ロールバックといった、マイクロサービスを大規模に管理するために不可欠な機能をすべて備えています。インフラストラクチャの複雑さを抽象化することで、開発者はサーバー管理ではなくサービス構築に集中できるようになります。

Kubernetesでは、宣言型のYAMLマニフェストを通じて望ましい状態を定義し、プラットフォームはその状態を維持するために継続的に動作します。コンテナがクラッシュした場合、Kubernetesは自動的にそれを再起動します。容量を増やす必要がある場合、KubernetesはPodを水平方向に拡張します。Nutanix Kubernetes Platform （NKP）は、集中型マルチクラスタ管理、組み込みのセキュリティ強化機能、統合監視機能など、エンタープライズグレードの機能でこの基盤を強化し、あらゆる規模の組織にとってKubernetesを本番環境ですぐに利用できるものにします。

マイクロサービスに回復力を組み込むには、障害を適切に処理するパターンを実装する必要がある。サーキットブレーカーは、障害が発生したサービスへのリクエストを停止することで、連鎖的な障害を防ぎ、サービスが復旧する時間を与えます。一時的な障害に対しては、指数バックオフを用いた再試行ロジックを実装するが、処理が滞っているサービスに過負荷をかけないように、最大再試行回数を設定する。タイムアウトを常に使用し、他のサービスへの無制限の呼び出しは決して行わないでください。

可用性を確保するために、各サービスの複数のインスタンスを異なる障害ドメイン（ゾーン、リージョン）に展開します。Kubernetesがコンテナの再起動やロードバランシングからの削除を判断するために使用するヘルスチェックを実装します。意図的にテスト環境に障害を導入することで、回復力のパターンを検証し、カオスエンジニアリングを実践する。覚えておいてください。分散システムでは、障害は避けられません。アーキテクチャは、サービスが障害を起こすことを想定して設計し、それらの障害を適切に処理する必要があります。

ステップ5：デプロイメントの自動化（CI/CD）

継続的インテグレーションと継続的デプロイメント（CI/CD）パイプラインは、マイクロサービスのデプロイメントの複雑さを管理するために不可欠です。各マイクロサービスは、コード変更を自動的にビルド、テスト、デプロイする独自のパイプラインを持つべきである。Jenkins、GitLab CI、GitHub Actions、またはArgoCDなどのツールを使用して、このワークフローを自動化してください。

デプロイ前に、単体テスト、統合テスト、契約テスト（APIの互換性を確認するため）、およびセキュリティスキャンをパイプラインに含める必要があります。リスクを最小限に抑えるために、ブルーグリーンデプロイメントまたはカナリアデプロイメントを導入します。これは、新しいバージョンを古いバージョンと並行して実行し、問題がないか監視しながらトラフィックを徐々に新しいバージョンに移行させる方法です。インフラストラクチャ・アズ・コード（Terraform、Pulumiなど）を使用して、アプリケーションコードと並行してインフラストラクチャのバージョン管理を行いましょう。マイクロサービスにおいては、この自動化は必須であり、自動化がなければ、数十ものサービスにわたるデプロイメントの調整は管理不能になり、エラーが発生しやすくなる。目標は、デプロイメントを非常にルーチン化してリスクを低く抑え、チームが自信を持って1日に複数回デプロイメントを行えるようにすることです。