マイクロサービスは、ネットワーク上で相互に通信する小さな独立したサービスの集合としてソフトウェア アプリケーションを開発するためのアーキテクチャ アプローチです。すべての機能が単一のコードベースに緊密に統合されたモノリシック アプリケーションを構築するのではなく、マイクロサービスはアプリケーションをより小さな疎結合サービスに分割します。

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マイクロサービスに関する重要なトピック

• マイクロサービスとは何ですか?
• マイクロサービスはどのように機能するのでしょうか?
• マイクロサービス アーキテクチャの主なコンポーネントは何ですか?
• マイクロサービスの設計パターンとは何ですか?
• マイクロサービスのアンチパターンとは何ですか?
• マイクロサービスの実世界の例
• マイクロサービス vs. モノリシック アーキテクチャ?
• モノリシックからマイクロサービスに移行するにはどうすればよいですか?
• サービス指向アーキテクチャ (SOA) とマイクロサービス アーキテクチャ
• クラウドネイティブのマイクロサービス
• DevOps におけるマイクロサービスの役割
• マイクロサービス アーキテクチャを使用する利点
• マイクロサービス アーキテクチャを使用する際の課題
• マイクロサービス アーキテクチャを使用する企業の実例
• マイクロサービスアーキテクチャを実現するテクノロジー

1. マイクロサービスとは何ですか?

マイクロサービスは、小規模で疎結合な分散サービスです。各マイクロサービスは、特定のビジネス機能を実行するように設計されており、個別に開発、デプロイ、スケーリングできます。これにより、大規模なアプリケーションを、狭く定義された責任を持つ管理しやすい小さなコンポーネントに分解または分割できます。これは、最新のアプリケーションの構成要素と考えられています。マイクロサービスはさまざまなプログラミング言語やフレームワークで作成でき、各サービスはそれ自体でミニアプリケーションとして機能します。

2. マイクロサービスはどのように機能しますか?

マイクロサービスは、複雑なアプリケーションを、通信して連携する小さな独立した部分に分割することで機能し、柔軟性を提供します。 スケーラビリティ モジュール式の相互接続されたコンポーネントから都市を構築するのと同じように、メンテナンスも容易になります。

マイクロサービスがどのように機能するかを理解しましょう。

• モジュール構造:
  • マイクロサービス アーキテクチャは、大規模なモノリシック アプリケーションをより小さな独立したサービスに分割します。
  • 各サービスは、特定のビジネス機能または機能を備えた自己完結型モジュールです。
  • このモジュール構造により、柔軟性、開発の容易さ、メンテナンスの簡素化が促進されます。
• 独立した機能:
  • 各マイクロサービスは、特定のビジネス機能または機能を処理するように設計されています。
  • たとえば、あるサービスがユーザー認証を管理し、別のサービスが製品カタログ機能を処理する場合があります。
  • この独立性により、各サービスの専門的な開発と保守が可能になります。
• コミュニケーション：
  • マイクロサービスは、明確に定義されたアプリケーション プログラミング インターフェイス (API) を通じて相互に通信します。
  • API は、サービスが情報やリクエストを交換するためのインターフェイスとして機能します。
  • この標準化された通信により、サービスの統合における相互運用性と柔軟性が可能になります。
• 柔軟性:
  • マイクロサービス アーキテクチャは、サービスごとに多様なテクノロジーの使用をサポートします。
  • これは、各マイクロサービスの特定の要件に基づいて、さまざまなプログラミング言語、フレームワーク、データベースを選択できることを意味します。
  • チームは、それぞれの役割に最適なツールを柔軟に使用できます。
• 独立性とアップデート:
  • マイクロサービスは独立して動作するため、システム全体に影響を与えることなく 1 つのサービスを更新または変更できます。
  • このサービスの分離により、更新中にシステム全体が中断されるリスクが軽減され、変更や改善の実装が容易になります。
  • また、マイクロサービスは、1 つのサービスで問題や障害が発生した場合でもシステム全体がダウンしないようにすることで、システムの回復力に貢献します。
• スケーラビリティ:
  • マイクロサービスは、特定のサービスのインスタンスを追加できるようにすることでスケーラビリティを提供します。
  • 特定の機能でより多くのリソースが必要な場合は、そのマイクロサービスの追加インスタンスをデプロイして需要の増加に対応できます。
  • この拡張性は、さまざまなワークロードに適応するために非常に重要です。
• 継続的改善：
  • マイクロサービスのモジュール的な性質により、継続的な改善が促進されます。
  • 開発チームは、それぞれのサービスのアップデートに独立して作業し、リリースすることができます。
  • この機敏性により、システムは迅速に進化し、変化する要件やユーザーのニーズに対応できます。

3. マイクロサービス アーキテクチャの主なコンポーネントは何ですか?

マイクロサービス アーキテクチャは、モジュール式でスケーラブルで独立して展開可能なシステムを作成するために連携するいくつかのコンポーネントで構成されています。

マイクロサービスの主なコンポーネントには次のものがあります。 :

• マイクロサービス: これらは、特定のビジネス機能をカプセル化した個別の自己完結型サービスです。各マイクロサービスは、個別の機能または機能に焦点を当てています。
• APIゲートウェイ: API ゲートウェイは、外部クライアントがマイクロサービスと対話するための中心的なエントリ ポイントです。リクエストを管理し、認証を処理し、リクエストを適切なマイクロサービスにルーティングします。
• サービスレジストリと検出: このコンポーネントは、システム内のすべてのマイクロサービスの場所とネットワーク アドレスを追跡します。サービス検出により、サービスが動的に検索され、相互に通信できるようになります。
• ロードバランサー: ロード バランサーは、受信ネットワーク トラフィックをマイクロサービスの複数のインスタンスに分散します。これにより、ワークロードが均等に分散され、リソースの使用率が最適化され、単一のサービスがボトルネックになるのを防ぎます。
• コンテナ化: Docker などのコンテナーは、マイクロサービスとその依存関係をカプセル化します。 Kubernetes などのオーケストレーション ツールは、コンテナのデプロイ、スケーリング、運用を管理し、リソースの効率的な利用を保証します。
• イベントバス/メッセージブローカー: イベント バスまたはメッセージ ブローカーは、マイクロサービス間の通信と調整を容易にします。これにより、サービスがイベントを発行およびサブスクライブできるようになり、非同期通信と分離が可能になります。
• 一元化されたロギングとモニタリング: 一元化されたログおよび監視ツールは、マイクロサービスのパフォーマンスと健全性を追跡するのに役立ちます。これらは、システムの動作に関する洞察を提供し、問題を検出し、トラブルシューティングを支援します。
• マイクロサービスごとのデータベース: 通常、各マイクロサービスには独自のデータベースがあり、データの自律性が確保されています。これにより、サービスは、特定の要件に応じてデータ ストレージを独立して管理および拡張できるようになります。
• キャッシング： キャッシュ メカニズムを実装すると、頻繁にアクセスされるデータをマイクロサービスの近くに保存することでパフォーマンスを向上できます。これにより、データベースから同じデータを繰り返しフェッチする必要性が軽減されます。
• フォールト トレランスと復元力のコンポーネント: サーキット ブレーカーや再試行メカニズムなどのフォールト トレランス用のコンポーネントを実装すると、システムがマイクロサービスの障害を適切に処理し、全体の機能に影響を与えることなく回復できるようになります。

4. マイクロサービスの設計パターンとは何ですか?

システムの作業中に問題が発生した場合、従うべきいくつかのプラクティスがあり、マイクロサービスでは、それらのプラクティスがデザイン パターンです。マイクロサービス設計パターンは、従うことで効率的なアーキテクチャ パターンにつながり、これらのサービスの非効率な管理などの課題を克服し、パフォーマンスを最大化するプラクティスです。アプリケーションの作業中は、効率的なアプリケーションを作成するためにどのデザイン パターンを使用するかを意識する必要があります。

• アグリゲーター
  • サービスを呼び出して、さまざまなサービスから必要な情報 (関連データ) を受け取り、ロジックを適用して結果を生成します。
  • 収集したデータは各サービスで活用できます。アグリゲータ パターンで実行されるステップには、サービスが受信したリクエストが含まれ、その後、他の複数のサービスに対して行われたリクエストが各結果を結合して、最終的に最初のリクエストに応答します。
• APIゲートウェイ
  • API Gateway は、マイクロサービスに対して行われたリクエストに対するソリューションとして機能します。
  • これはすべてのマイクロサービスへのエントリ ポイントとして機能し、さまざまなクライアント向けのきめ細かい API を作成します。
  • 行われたリクエストは API ゲートウェイに渡され、ロード バランサーは、リクエストが処理されてそれぞれのサービスに送信されたかどうかを確認するのに役立ちます。
• イベントソーシング
  • この設計パターンは、アプリケーションの状態の変化 (データ) に関するイベントを作成します。
  • これらのイベントを使用して、開発者は行われた変更の記録を追跡できます。
• ストラングラー
  • ストラングラーは、つるが木の周りを絞めるのと同じように機能するため、つるパターンとしても知られています。 URI (Uniform Resource Identifier) 呼び出しごとに、呼び出しは行ったり来たりし、また異なるドメインに分割されます。
  • ここでは、2 つの別個のアプリケーションが同じ URI 空間内に並んでおり、一度に 1 つのドメインが考慮されます。したがって、新しいリファクタリングされたアプリケーションが元のアプリケーションを置き換えます。
• 分解
  • 分解設計パターンでは、アプリケーションを独自の機能を持つ小さなマイクロサービスに分解します。
  • ビジネス要件に基づいて、アプリケーションをサブコンポーネントに分割できます。たとえば、Amazon には、商品、注文、顧客、支払いなどに個別のサービスがあります。

5. マイクロサービスのアンチパターンとは何ですか?

よくある間違いを回避するには、マイクロサービスのアンチパターンを学習することが重要です。これにより、システムのスケーラビリティ、独立性、保守性を損なう可能性のある潜在的な問題についての洞察が得られます。これらのアンチパターンを理解することで、開発者は情報に基づいた意思決定を行い、ベスト プラクティスを実装し、堅牢なマイクロサービス アーキテクチャの設計と展開の成功に貢献できます。

以下は、マイクロサービスにおける主な 5 つのアンチパターンです。

• データモノリス: マイクロサービス間で一元化されたデータベースを共有し、独立性とスケーラビリティを損ないます。
• おしゃべりなサービス: マイクロサービスは小さなタスクのために過度に通信し、ネットワークのオーバーヘッドと遅延の増加につながります。
• マイクロサービスの過剰使用: 些細な機能のためにあまりにも多くのマイクロサービスを作成すると、不必要な複雑さが生じます。
• 不適切なサービス境界: マイクロサービスの境界が不十分に定義されているため、曖昧さと責任の所在が不明確になります。
• セキュリティの無視: マイクロサービスのセキュリティ上の懸念を無視すると、脆弱性やデータ侵害の危険にさらされます。

6. マイクロサービスの実世界の例

Amazon E コマース アプリケーションの実世界の例を使用して、マイクロサービスを理解してみましょう。

Amazon のオンライン ストアは、マイクロサービスと呼ばれる多数の小さな特殊なピースで構成される巨大なパズルのようなものです。各マイクロサービスは、すべてがスムーズに実行されるように特定のジョブを実行します。これらのマイクロサービスが連携して舞台裏で動作し、優れたショッピング エクスペリエンスを提供します。

以下は、Amazon E コマース アプリケーションに関与するマイクロサービスです。

1. ユーザーサービス: ユーザーアカウント、認証、設定を管理します。ユーザー登録、ログイン、プロファイル管理を処理し、ユーザーにパーソナライズされたエクスペリエンスを保証します。
2. 検索サービス: プラットフォーム上の検索機能を強化し、ユーザーが製品をすばやく見つけられるようにします。製品情報のインデックスを作成し、ユーザーのクエリに基づいて関連する検索結果を提供します。
3. カタログサービス： 製品の詳細、カテゴリ、関係を含む製品カタログを管理します。これにより、製品情報が正確かつ最新であり、ユーザーが簡単にアクセスできることが保証されます。
4. カートサービス : ユーザーのショッピング カートを管理し、チェックアウト前にアイテムを追加、削除、変更できるようにします。選択した商品を追跡することで、シームレスなショッピング体験を保証します。
5. ウィッシュリストサービス : ユーザーのウィッシュリストを管理し、将来の購入に備えて製品を保存できるようにします。これは、ユーザーが必要なアイテムを追跡および管理するための便利な方法を提供します。
6. 注文受付サービス : 顧客からの注文を受け付け、処理します。注文を検証し、製品の在庫状況を確認し、注文履行プロセスを開始します。
7. 注文処理サービス: 注文の処理と履行を管理します。在庫、配送、支払いサービスと連携して、タイムリーかつ正確な注文の配送を保証します。
8. 決済サービス : 注文の支払い処理を処理します。支払いトランザクションを安全に処理し、支払いゲートウェイと統合し、支払い関連データを管理します。
9. 物流サービス : 注文配送の物流を調整します。配送料の計算、配送業者の割り当て、出荷の追跡、配送ルートの管理を行います。
10. 倉庫サービス: 倉庫全体の在庫を管理します。在庫レベルを追跡し、在庫状況を更新し、在庫補充を調整します。
11. 通知サービス : 注文、プロモーション、その他の関連情報に関する通知をユーザーに送信します。これにより、ユーザーはプラットフォームとのやり取りのステータスを常に知ることができます。
12. レコメンドサービス : パーソナライズされた製品の推奨事項をユーザーに提供します。ユーザーの行動と好みを分析して関連する製品を提案し、ユーザー エクスペリエンスを向上させ、売上を促進します。

7. マイクロサービス vs. モノリシック アーキテクチャ?

以下は、マイクロサービスとモノリシック アーキテクチャをさまざまな側面から比較した表です。

8. モノリシックからマイクロサービスに移行するにはどうすればよいですか?

以下は、モノリシック アーキテクチャからマイクロサービス アーキテクチャに移行するための主要な手順です。

• モノリスを評価する: 既存のモノリシック アプリケーションを理解し、移行するコンポーネントを特定します。
• マイクロサービスを定義します。 モノリスをマイクロサービス用の個別のビジネス機能に分割します。
• ストラングラーパターン: 段階的な移行アプローチを採用し、モノリシックな部分をマイクロサービスに徐々に置き換えます。
• API 定義: シームレスなマイクロサービス通信のための API とコントラクトを明確に定義します。
• CI/CD の実装: 自動化されたテストと展開のために継続的インテグレーション/継続的デプロイメント (CI/CD) をセットアップします。
• データを分散化: サービスごとのデータベースのアプローチに移行し、中央データベースへの依存を軽減します。
• サービスディスカバリ: マイクロサービス間の動的通信のためのサービス検出メカニズムを導入します。
• ロギングとモニタリング: 集中ログとモニタリングを実装して、マイクロサービスのパフォーマンスを可視化します。
• 横断的な懸念: セキュリティや認証などの横断的な懸念事項をマイクロサービス全体で一貫して管理します。
• 反復的な改善: 反復的なアプローチを採用し、フィードバックと進化するニーズに基づいてマイクロサービスを継続的に改良および拡張します。

9. サービス指向アーキテクチャ (SOA) とマイクロサービス アーキテクチャ

以下は、サービス指向アーキテクチャ (SOA) とマイクロサービスをさまざまな側面から比較した表です。

10. クラウドネイティブのマイクロサービス

ソフトウェア アプリケーションを構築および実行するための柔軟で効率的かつ協調的な環境を提供することで、マイクロサービスとクラウドを相互に連携させます。

• 簡素化された操作 クラウド プロバイダーがインフラストラクチャのメンテナンスとセキュリティを処理するため、マイクロサービス チームの作業が簡素化されます。背景の技術的なことを気にすることなく、特定のタスクに集中できます。
• コスト効率 マイクロサービスとクラウド リソースを組み合わせると、使用するツールやワークスペースそのものに対して料金を支払うようなものです。不必要な機器やスペースに悩まされることがないため、コスト効率が高くなります。
• 柔軟性 さらにチームが必要ですか、それとも生産プロセスを変更したいですか?クラウドを使用すると、柔軟なワークスペースでワークステーションを再配置するなど、迅速に適応できます。

11. DevOps におけるマイクロサービスの役割

DevOps とマイクロサービスは密接に連携しており、多くの場合、最新のソフトウェア システムの開発、展開、運用面を強化するために連携しています。 DevOps とマイクロサービスがどのように連携するかの概要を以下に示します。

1. 継続的インテグレーション/継続的デプロイメント (CI/CD):
   • マイクロサービス アーキテクチャでは、各サービスを個別に開発、テスト、デプロイできます。 CI/CD パイプラインは、マイクロサービスに関連する継続的な更新とリリースを効率的に管理するために重要です。
   • DevOps の実践では、ソフトウェアの構築、テスト、デプロイメントの自動化を含む CI/CD パイプラインが重視されます。
2. アジャイル開発:
   • マイクロサービスは本質的に、チームが特定のサービスで独立して作業できるようにすることでアジャイル開発をサポートし、新しい機能の迅速な反復とデプロイを容易にします。
   • DevOps は、開発チームと運用チーム間のコラボレーションを促進し、アジャイル開発の実践を促進します。
3. 継続的な監視とロギング
   • マイクロサービス アーキテクチャでは、さまざまなサービス間の健全性と相互作用を追跡し、問題の早期検出と解決に役立てるための堅牢な監視が必要です。 DevOps では、アプリケーションのパフォーマンスをリアルタイムで洞察するための継続的な監視とロギングを重視しています。

12. マイクロサービス アーキテクチャを使用する利点

1. モジュール性とデカップリング:
   • 独立した開発: マイクロサービスは独立して開発およびデプロイされるため、異なるチームが異なるサービスに同時に取り組むことができます。
   • 障害の分離: 1 つのマイクロサービスでの障害が必ずしも他のマイクロサービスに影響を与えるわけではないため、障害の分離が強化されます。
2. スケーラビリティ:
   • きめ細かなスケーリング: 各マイクロサービスは、特定のリソースのニーズに基づいて個別にスケーリングできるため、リソースを効率的に利用できます。
   • 弾性： マイクロサービス アーキテクチャは、個々のサービスを動的にスケーリングすることで、さまざまなワークロードに簡単に適応できます。
3. テクノロジーの多様性:
   • 技術の自由: 各マイクロサービスは、その特定の要件に最適なテクノロジー スタックを使用して実装でき、テクノロジーの多様性を促進します。
4. 自律的なチーム:
   • チームの権限強化: マイクロサービスにより、多くの場合、小規模で部門を超えたチームが特定のサービスに独立して作業できるようになり、自律性と迅速な意思決定が促進されます。
   • 調整オーバーヘッドの削減: チームは、他のチームとの広範な調整を必要とせずに、サービスをリリースおよび更新できます。
5. 迅速な導入と継続的デリバリー:
   • リリースサイクルの短縮: マイクロサービスは独立して開発、テスト、デプロイできるため、リリース サイクルの短縮が容易になります。
   • 継続的インテグレーションとデプロイ (CI/CD): 自動化ツールは継続的な統合と展開の実践をサポートし、開発速度と信頼性を向上させます。
6. 簡単なメンテナンス:
   • 分離されたコードベース: 小規模で焦点を絞ったコードベースは、理解、保守、トラブルシューティングが容易です。
   • ローリングアップデート: アプリケーション全体に影響を与えることなく、個々のマイクロサービスを更新またはロールバックできます。

13. マイクロサービス アーキテクチャを使用する際の課題

1. 分散システムの複雑さ: マイクロサービスは分散システムの複雑さをもたらします。サービス間の通信の管理、ネットワーク遅延の処理、サービス間のデータの一貫性の確保は困難な場合があります。
2. 開発と運用のオーバーヘッドの増加: アプリケーションをマイクロサービスに分解するには、開発、テスト、展開、監視の点で追加の労力が必要です。チームは、それぞれ独自のコードベース、依存関係、展開プロセスを持つ多数のサービスを管理する必要があります。
3. サービス間通信のオーバーヘッド: マイクロサービスはネットワーク経由で相互に通信する必要があります。これにより、遅延が増加し、通信プロトコル、エラー処理、データ転送の管理がさらに複雑になる可能性があります。
4. データの一貫性とトランザクション管理: マイクロサービス間でデータの一貫性を維持することは困難な場合があります。分散トランザクションの実装とデータの整合性の確保は複雑になり、従来の ACID トランザクションは簡単には実現できない可能性があります。
5. 導入の課題: 複数のマイクロサービスのデプロイメントの調整は、特にマイクロサービス間に依存関係がある場合、複雑になる可能性があります。一貫性を確保し、更新中のサービスのダウンタイムを回避するには、慎重な計画が必要です。
6. 監視とデバッグの複雑さ: マイクロサービス環境では、監視とデバッグがより複雑になります。問題の根本原因を特定するには、複数のサービスにわたるリクエストの追跡が必要になる場合があり、効果的なデバッグには集中ログが重要になります。

14. マイクロサービスアーキテクチャを使用する企業の実例

組織はアプリケーションでマイクロサービスを使用する際に大きな変化を経験し、そこでモノリシックからマイクロサービスへの移行が始まりました。マイクロサービスを使用するアプリケーションの実例をいくつか見てみましょう。

• アマゾン： 当初、Amazon はモノリシック アプリケーションでしたが、マイクロサービスが登場すると、Amazon はアプリケーションを小さなコンポーネントに分割し、マイクロサービスを適応させた最初のプラットフォームとなりました。個々の機能やリソースを変更できるため、サイトの機能が大幅に向上しました。
• Netflix: Netflix は、マイクロサービスを使用する企業の 1 つです。 API 。 2007 年に Netflix が映画ストリーミング サービスへの移行を開始したとき、大規模なサービス停止と課題に見舞われましたが、その後、プラットフォームにとって恩恵となったマイクロサービス アーキテクチャが登場しました。
• ウーバー: Uber がモノリシックな性質からマイクロサービスに切り替えたとき、スムーズな移行を経験しました。マイクロサービス アーキテクチャを使用すると、Web ページのビューと検索が大幅に増加しました。

15. マイクロサービスアーキテクチャを実現するテクノロジー

• ドッカー:
  • Docker は、開発者がアプリケーションとその依存関係を軽量でポータブルなコンテナーにパッケージ化できるようにするコンテナー化プラットフォームです。これらのコンテナーは、コード、ランタイム、ライブラリ、システム ツールなど、アプリケーションの実行に必要なものすべてをカプセル化し、さまざまな環境間での一貫性を確保します。
• Kubernetes:
  • Kubernetes は、もともと Google によって開発されたオープンソースのコンテナ オーケストレーション プラットフォームです。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、管理を自動化し、コンテナのスケジューリング、サービス検出、負荷分散などの機能を提供します。
• サービスメッシュ:
  • Istio や Linkerd などのサービス メッシュ テクノロジは、マイクロサービス アーキテクチャでのサービス間通信、トラフィック管理、可観測性を処理するための専用のインフラストラクチャ層を提供します。これらは、ロード バランシング、サービス ディスカバリ、サーキット ブレーク、メトリクス収集などの機能を提供します。
• APIゲートウェイ :
  • Kong や Tyk などの API ゲートウェイは、外部クライアントがマイクロサービス ベースのアプリケーションにアクセスするためのエントリ ポイントとして機能します。これらは、ルーティング、認証、レート制限、リクエスト/レスポンス変換などの機能を提供します。
• イベント駆動型アーキテクチャ :
  • イベント駆動型アーキテクチャは、マイクロサービスがイベントを非同期に生成および消費できるようにすることで、マイクロサービス間の通信を促進します。 Apache Kafka、RabbitMQ、Amazon SNS/SQS などのテクノロジーは、イベント駆動型のマイクロサービスを構築するためのスケーラブルで信頼性の高いメッセージング システムを提供します。
• サーバーレス コンピューティング:
  • マイクロサービスに限定されたものではありませんが、AWS Lambda、Azure Functions、Google Cloud Functions などのサーバーレス プラットフォームを使用すると、基盤となるインフラストラクチャを管理せずに個々のマイクロサービスをデプロイし、サービスをさらに分離してスケーリングできます。

16. 結論

さて、ご存知のとおり マイクロサービスとは 、実際に取り組んで実践的なアイデアを得ることが非常に重要です。この記事は、マイクロサービス、そのアーキテクチャ、動作、機能、実際のアプリケーションなどに関するすべての疑問に完全に答えます。マイクロサービスは、アプリケーションを構築する際に必ず知っておくべき用語です。したがって、それをうまく使いこなすことが非常に重要です。