マイクロサービスとは何か、その利点は何でしょうか？

マイクロサービスおよびマイクロサービスアーキテクチャは、現代的なソフトウェア開発における事実上の標準となっています。デジタルサービスへの需要が急激に増加する中、ソフトウェア開発手法は迅速性、柔軟性、拡張性を備えている必要があります。マイクロサービスはこの要件を満たします。

モノリシックなコードベースとリソースプールを維持する代わりに、アプリケーションを小さな機能単位で構築することで、開発者はイノベーションのペースに追いつくことができます。採用状況に関しては、2020年の調査によると、回答組織の61％が1年以上マイクロサービスを運用しており、92％が成功体験を報告しています。

マイクロサービスとは何でしょうか？

マイクロサービスとは、他のサービスと連携して完全なアプリケーションを提供する、小規模で柔軟性のあるモジュール型のソフトウェア単位です。アプリケーションとは、ビジネス機能を遂行するために連携する独立したサービスの集合体です。ソフトウェアを独立した小規模サービスの集合体として構築・開発・運用するこの手法は、マイクロサービスアーキテクチャとして知られています。

マイクロサービスアプローチでは、DevOpsチームはアプリケーションを単一の巨大な集合体として提供せず、機能別のアプリケーションプログラミングインターフェース（API）に分割します。APIは中核機能を持つサービスを接続し、アプリケーション間の通信とデータ共有を可能にします。

主な利点は、開発と保守を担当するDevOpsチームがより小さな単位で活動できるため、各プロジェクトの範囲をより管理しやすくなることです。

主な特徴をいくつかご紹介します：

• 高い保守性とテスト可能性。マイクロサービスはアジャイル開発と迅速なサービス展開をサポートします。
• 疎結合。依存関係を最小限に抑えることで、あるサービスにおける設計、実装、動作の変更が他のサービスに影響を与えません。
• 自律性。各サービスは内部で自身のロジックを制御します。
• 独立してデプロイ可能。コードは異なる言語で記述でき、アプリケーション全体に影響を与えることなく、1つのサービス内で更新できます。
• ビジネス中心。組織はビジネス要件に基づいてマイクロサービスをデプロイします。さらに、追加のデプロイメントのための構成要素として活用できます。

マイクロサービスは、KubernetesやDockerなどのコンテナベースのオーケストレーションプラットフォーム、あるいはAWS Lambda、Azure Functions、Google Cloud FunctionsなどのクラウドネイティブのFaaS（Function-as-a-Service）サービスを利用して実行され、マイクロサービスの管理と自動化を支援します。

マイクロサービスアーキテクチャとは何でしょうか？

マイクロサービスアーキテクチャとは、独立してデプロイ可能なマイクロサービスでアプリケーションを構築するためのクラウドネイティブなアーキテクチャ手法です。サービス指向アーキテクチャ（SOA）の進化版とも言えます。

マイクロサービスアーキテクチャには、以下のような多くの特徴があります：

• 開発、データベース、ユーザーエクスペリエンスのスキルを持つクロスファンクショナルチームが、幅広いスタックのソフトウェア実装によりマイクロサービスアーキテクチャを構築します。
• ライブラリとは異なり、サービスは独立して置換可能なセクションに分割されます。
• スマートエンドポイントとダムパイプは、明確な境界で分離された異なるサービス間の通信パターンとして機能します。
• サービスは独立性を保ち、各アプリケーション機能は単一のサービスとして動作し、個別にデプロイおよび更新が可能です。

マイクロサービスアーキテクチャと設計の特徴

モノリシックアプリケーションは単一の巨大なコードベースリポジトリを使用するため、管理が困難な大規模で労力のかかるソフトウェアとなります。モノリシックアプリケーションの機能や特徴を追加・改善する際、コードベースが拡大するにつれて複雑さが現実的な課題となります。機能のデプロイ自体は可能ですが、この複雑さにより実験が制限され、新しいアイデアのテストやデプロイ方法に影響を及ぼす可能性があります。

モノリシックアプリケーションでは、単一のプロセスが失敗すると、アプリケーション全体またはサービス全体に影響が及びます。

こうした課題を踏まえ、マイクロサービスの主要な特徴とその設計について、以下の点を確認することが重要です：

1. 独立性

マイクロサービスアーキテクチャでは、アプリケーションとサービスは独立したコンポーネントです。各アプリケーションプロセスは独自のサービスとして実行されます。これにより、リソース消費の少ないAPIを介して明確に定義されたインターフェースで通信が可能となります。マイクロサービスは独立して運用されるため、各チームは需要やアプリケーションの特定機能に基づき、各サービスを個別に更新、スケーリング、セキュリティ強化、セグメント化、変更できます。要するに、独立したマイクロサービスによって単一障害点を排除するのです。

2. 自律性

モノリシックなアーキテクチャに比べ、マイクロサービスでは自動化の導入がはるかに容易です。組織は、アプリケーション内の他のサービスに影響を与えることなく、各マイクロサービスコンポーネントの開発、更新、デプロイ、スケーリングを行うことができます。マイクロサービスを利用するアプリケーションを設計する際、他のサービスとコードや実装を共有する必要はありません。マイクロサービスコンポーネント間の通信はすべて、明確に定義されたAPIを通じて行われるためです。また、他のアプリケーションコンポーネントに影響を与えることなく、個々のアプリケーションマイクロサービスのデプロイやスケーリングを自動化することも可能です。

3. 専門性

マイクロサービスを利用することで、アプリケーション機能を細かく定義する能力が向上します。各アプリケーションサービスは特定の機能セット向けに設計されるため、開発者は特定の問題解決に焦点を当てたマイクロサービスを作成できます。開発者がサービスに機能を追加する際には、複雑化を防ぐためにマイクロサービスをより小さなサービスに分割することも可能です。

マイクロサービスとDevOps

マイクロサービスはDevOpsの実践と密接に関連しています。多くの開発者は、マイクロサービスアーキテクチャがDevOpsおよび継続的インテグレーション/継続的デリバリー（CI/CD）に最適化されていると考えています。

実際、マイクロサービスアーキテクトにはDevOpsが不可欠です。マイクロサービスは多数の可動部分や複雑性、依存関係をもたらします。DevOpsがなければ、マイクロサービスアーキテクチャは問題に直面する可能性があります。確固たるDevOpsプラクティスは、マイクロサービスアーキテクチャを支えるために必要な、より優れたデプロイ、監視、ライフサイクル管理、自動化ソリューションを提供します。したがって、優れたDevOpsプラクティスを確立することが重要です。

マイクロサービスアーキテクチャの利点

マイクロサービスアーキテクチャは、DevOpsチームが高度にスケーラブルなアプリケーションをより迅速に市場に投入することを支援し、モノリシックなアプローチよりも回復力に優れています。モノリシックなシステムでは、1つのサービスの障害が隣接するサービスやパフォーマンスに同時に影響を与え、遅延や停止を引き起こします。マイクロサービスアーキテクチャでは、各サービスには明確な境界とリソースが設定されています。1つのサービスが障害を起こしても、残りのサービスは稼働を継続します。

その他の利点としては、以下の点が挙げられます：

• 柔軟なアーキテクチャ
  • マイクロサービスアーキテクチャにより、開発者は多様なイメージ、コンテナ、管理エンジンを活用できます。この柔軟性により、アプリケーションの作成やデプロイ時に開発者は非常に幅広い選択肢と設定オプションを得られます。
• リソース使用量の削減
  • クラスタマネージャーにより、マイクロサービスは実行時に使用するリソースが少なくなる傾向があります。
  • クラスターマネージャーは、パフォーマンスと可用性に基づいて、各クラスター内のサービス間でメモリとCPU容量を自動的に割り当てます。
  • 各クラスターには多数のサービスが存在するため、管理すべきクラスターの数は少なくなります。
• より信頼性の高い稼働時間
  • サービスを更新する際にアプリケーション全体を再デプロイする必要がないため、ダウンタイムのリスクが低減されます。
  • サービスのコードベースが小規模であるため、トラブルシューティングが容易になり、問題の検出までの平均時間（MTTD）および復旧までの平均時間（MTTR）が短縮されます。
• シンプルなネットワーク呼び出し
  • マイクロサービスを使用したネットワーク呼び出しは、各サービスの機能が限定されているため、シンプルで軽量です。
  • REST API は、マイクロサービスの構築に使用されるプロトコル、ルーチン、ルール、コマンドを表します。REST API は、習得しやすい HTTP コマンドを使用するため、開発者に人気があります。

マイクロサービスアーキテクチャの課題

マイクロサービスアーキテクチャのメリットを享受するには、いくつかの固有の課題を克服する必要があります。例えば、ネットワークを介した長いサービス呼び出しの連鎖は、パフォーマンスと信頼性を低下させる可能性があります。より多くのサービスが同時に呼び出しを行う場合、特に大量の呼び出しを処理する際には、各サービスごとに障害発生の可能性が累積します。ただし、自動化された検出とテストにより、これらのAPIバックエンドを効率化・最適化し、潜在的なITダウンタイムを防止することが可能です。

マイクロサービスアーキテクチャで発生する可能性のあるその他の課題は以下の通りです：

• 学習曲線が急峻です。初期設定 は、経験や専門知識がない場合、イメージやコンテナの設定が複雑になるため、課題となる可能性があります。
• 複雑性。分断化は独自の利点である一方、管理・所有すべき要素が増えることを意味します。チームは共通言語を採用し、複雑性を管理・調整するための自動化ソリューションを導入する必要があります。
• 可観測性の制限。分散環境で管理される多数の動的サービスでは、監視が困難になる場合があります。Kubernetesなどの管理システムから手動でメトリクスを取得するのは、手間がかかる作業となる可能性があります。
• 文化の変革。 マイクロサービスアーキテクチャに伴う文化の変革には 、チームメンバーがより効率的かつモジュール的に考えることが求められます。ただし、チームが円滑に移行するには時間と取り組みが必要です。

マイクロサービスのための5つのベストプラクティス

マイクロサービスアーキテクチャを開発する際には、プロセスの全段階において以下の5つのベストプラクティスを取り入れることが有効です。

1. 明確な責任範囲の確立。各コンポーネントの責任範囲を均等に重要視し、アプリケーション開発ライフサイクルの全フェーズにおいて、各チームメンバーが重要な役割を担うようにします。
2. 明確な開発プロセスの定義。 CI/CDプロセスを明確に定義し、開発プロセスが効率的に実行されるようにします。これにより、すべてのチームメンバーが本番環境への更新デプロイが可能となります。
3. サービス間の依存関係を削減する。非同期通信を活用し、疎結合を実現することでサービス間の依存関係を低減します。これにより、あるサービスの変更がアプリケーションのパフォーマンスやエンドユーザーに影響を与えないようにします。
4. 包括的なテストを実施します。複数の手法を用いて早期かつ頻繁にテストを行い、例えばあるマイクロサービスのインスタンスをテストすることで別のサービスを検証します。
5. セキュリティテストを統合する。設計段階からDevSecOpsに至るまで、開発の全フェーズにアプリケーションセキュリティを組み込みます。ネットワーク経由で多数の呼び出しが行われ、各インスタンスでより多くの中間システムが関与するため、これは極めて重要です。

管理されたマイクロサービス

マイクロサービスアーキテクチャの複雑性を管理するためには、DevOpsおよびITチームは、マイクロサービスの監視と管理において自動化と可観測性を最優先するソリューションを必要とします。

Dynatrace は、マイクロサービス、および Kubernetes、クラウドネイティブプラットフォーム、オープンソーステクノロジーなど、マイクロサービスをホストおよびオーケストレーションするシステムやプラットフォームに対して、広範かつエンドツーエンドの可観測性を提供します。

継続的な自動化に支えられた Dynatrace の AI エンジン「デイヴィス」は、DevOps チームが複雑なコールチェーンの信頼性問題を軽減または排除するために必要な自動検出とテストの実装を支援します。AI と継続的な自動化により、チームは効率化すべき箇所を容易に発見することができます。