サービスアーキテクチャの進化の道: サービスアーキテクチャの進化の道を探る

1 はじめに

サービスアーキテクチャは、アプリケーションを一連の小さな自律的なサービスユニットに分割する、サービス中心のソフトウェア設計パターンです。インターネットと情報技術の急速な発展に伴い、ソフトウェアシステムはますます複雑になっています。この変化に対応して、サービスアーキテクチャは常に進化し、進化しています。この記事では、モノリス、SOA（サービス指向アーキテクチャ）、マイクロサービスなどのサービスアーキテクチャの発展の歴史を簡単に紹介します。

2. 単一構造

モノリシックアーキテクチャとは、ソフトウェアシステムのすべての機能を 1 つのプログラムに統合することを指します。このアーキテクチャでは、すべてのモジュールとコンポーネントが直接結合されるため、システムの拡張とメンテナンスが非常に困難になります。ただし、ソフトウェア開発の初期段階では、技術的な制限と限られたリソースのため、開発者にとってモノリシックアーキテクチャが主な選択となります。

モノリシックアーキテクチャの主な機能とコンポーネントは次のとおりです。

単一のコードベース: すべての関数とモジュールは単一のコードベース (通常は別個のコードベースまたはモノリシックプロジェクト) に編成されます。
単一のデプロイメントユニット: アプリケーション全体が単一のデプロイメントユニット (通常はスタンドアロンの実行可能ファイルまたは Web アプリケーションアーカイブ (WAR ファイル)) にパッケージ化されます。
密結合: すべての関数とモジュールの間には密接な依存関係があり、データベース、クラスライブラリ、その他のリソースを共有します。
単一データベース: 通常、アプリケーションはデータの保存と管理に単一の共有データベースを使用します。
単一のユーザーインターフェイス: アプリケーションには通常、ユーザーがアプリケーションと対話するための単一のユーザーインターフェイスがあります。
単一のデプロイおよび拡張: アプリケーション全体を一度にデプロイおよび拡張する必要があり、特定の機能またはモジュールを個別にデプロイおよび拡張することはできません。

モノリシックアーキテクチャはこれまで主流のソフトウェア開発モデルでしたが、いくつかの制限と課題もありました。

スケーラビリティの制限: アプリケーション全体が 1 つのデプロイメント単位として扱われるため、高負荷および大規模なユーザーアクセスに対処する場合は、多くの場合、アプリケーション全体を水平方向にスケーリングする必要があります。
柔軟性が不十分: モジュール間の結合が密であるため、特定のモジュールの変更や更新がアプリケーション全体に影響を与える可能性があり、開発と展開が複雑かつ困難になります。
テクノロジースタックの制限: モノリシックアーキテクチャでは、統合されたテクノロジースタックが使用されることが多く、開発者が新しいテクノロジーを選択して使用する際の柔軟性が制限されます。

それにもかかわらず、モノリシックアーキテクチャには、一部のシナリオでは依然として一定の利点があり、特に小規模なアプリケーションや単純なビジネス要件では、シンプルで迅速な開発および展開方法を提供できます。しかし、ビジネスが成長し、要件が増加するにつれて、多くの組織は、より複雑なソフトウェア開発ニーズに対応するために、サービス指向アーキテクチャ (SOA) やマイクロサービスアーキテクチャなど、より柔軟でスケーラブルなアーキテクチャパターンに目を向けるようになっています。「Mythical Man-Month」で言及された煙突の問題と同様に、煙突とは、アプリケーションのさまざまなモジュールまたはコンポーネント間の効果的な通信と統合が欠如し、それらが独立した「煙突」になってしまうことを指します。通常、各チムニーには独立したコードベース、データベース、ユーザーインターフェイスがあり、それらの間のコラボレーションや共有はほとんどありません。このアーキテクチャパターンは、情報の分離、重複した機能開発、拡張やメンテナンスの困難などの問題を引き起こす可能性があります。チムニーアーキテクチャによってもたらされる課題に対処するために、多くの組織はモジュール間の分離と柔軟性を促進する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に目を向けています。これは次のトピックである SOA にもつながります。

3、SOA

SOA (サービス指向アーキテクチャ) は、ソフトウェア設計および開発のアーキテクチャスタイルであり、その主な考え方は、アプリケーションを、定義されたインターフェイスを通じて通信および統合する再利用可能な自律サービスのセットに分割することです。SOA の目標は、サービスを分離することで、疎結合でスケーラブルで保守可能なシステムを実現することです。

SOA の中心的な概念と原則をいくつか次に示します。

サービス (サービス): サービスは SOA の基本的な構成要素であり、インターフェイスを通じてその機能と能力を公開する、明確に定義された機能単位です。サービスは独立、自律的であり、さまざまなチームによって開発および保守することができます。
サービスプロバイダー: サービスプロバイダーは、サービスを実装および公開するコンポーネントまたはシステムです。サービスの機能を他のアプリケーションやサービスで利用できる形式に実装する責任があります。
サービスコンシューマ: サービスコンシューマは、サービスを消費するコンポーネントまたはシステムです。サービスのインターフェースを呼び出して必要な機能やデータを取得します。
サービスインターフェイス: サービスインターフェイスは、サービスで利用可能な操作とデータ形式を定義します。サービスプロバイダーとサービスコンシューマー間の通信プロトコルと仕様を指定します。
サービスレジストリと検出 (サービスレジストリと検出): サービス利用者が利用可能なサービスを見つけられるようにするために、SOA は通常、サービスレジストリと検出メカニズムを使用します。サービスプロバイダーは、サービスを中央レジストリまたはサービス検出メカニズムに登録し、サービス利用者が必要なサービスを検出するためにクエリを実行できます。

SOA には次のような利点があります。

疎結合: サービスインターフェイスの定義と仕様を通じてサービスが分離され、システムの柔軟性と保守性が向上します。
再利用性: 機能を独立したサービスに分割し、異なるアプリケーションで再利用できるため、開発効率が向上します。
スケーラビリティ: 需要に応じてサービスを追加または置き換えることができ、システムの水平拡張と柔軟性を実現します。
相互運用性: 異なるプラットフォームおよびテクノロジースタック上のアプリケーションは、定義されたサービスインターフェイスを通じて通信および統合できます。
インクリメンタル開発: さまざまなサービスを個別に開発およびデプロイできるため、迅速な反復とデプロイが可能になります。

SOA は特定のテクノロジやツールに依存しないアーキテクチャスタイルであることに注意してください。実際には、Web サービス、RESTful API、メッセージキューなど、さまざまなテクノロジとプロトコルを使用して SOA を実装できます。

4. マイクロサービスアーキテクチャ

マイクロサービスアーキテクチャは、より柔軟でスケーラブルなサービスアーキテクチャパターンです。マイクロサービスアーキテクチャでは、アプリケーションは複数の小さな独立したサービスユニットに分割され、各サービスユニットが特定の機能を担当します。これらのサービスユニットは、軽量の通信メカニズム (HTTP RESTful API など) を通じて相互に連携できます。マイクロサービスアーキテクチャの利点は、高い拡張性、容易なメンテナンス、および迅速な反復にあります。同時に、各サービスは独立しているため、特定のニーズに合わせて最適化およびカスタマイズできます。

マイクロサービスアーキテクチャは、次の 3 つの主要な進化段階に分けることができ、これは 3 世代マイクロサービスアーキテクチャとも呼ばれます。

4.1. 第一世代のマイクロサービスアーキテクチャ

初期段階のマイクロサービスアーキテクチャは、主にサービスの分割と自律性に焦点を当てています。この段階のマイクロサービスアーキテクチャは、サービス間の通信に軽量の通信プロトコル (REST など) を使用し、単純なサービスの登録および検出メカニズムに依存します。第 1 世代のマイクロサービスアーキテクチャの代表的なものとしては、Spring Cloud の Dubbo があります。

Spring Cloud: Spring Cloud は、Spring フレームワークに基づくオープンソースのマイクロサービスアーキテクチャです。分散システムで個々のマイクロサービスを構築およびデプロイするためのツールとコンポーネントのセットを提供します。Spring Cloud には、サービスディスカバリ、ロードバランシング、サーキットブレーカー、構成管理、ゲートウェイなどの機能が含まれており、開発者がマイクロサービスアプリケーションを構築および管理することが容易になります。一般的に使用されるコンポーネントには、Netflix OSS (Eureka、Ribbon、Hystrix など)、Spring Cloud Config、Spring Cloud Gateway などが含まれます。

Dubbo: Dubbo は、Alibaba によってオープンソース化された高性能 Java RPC フレームワークであり、第 1 世代のマイクロサービスアーキテクチャの代表的なものの 1 つです。Dubbo は、サービスの登録と検出、負荷分散、サービスルーティング、フォールトトレラント処理などを含む、分散サービスガバナンスのソリューションを提供します。Dubbo は複数のプロトコルとシリアル化メソッドをサポートし、豊富な拡張ポイントを提供するため、開発者は実際のニーズに応じて開発をカスタマイズできます。Dubbo は中国で広く使用されており、大規模な分散システムで優れたパフォーマンスと安定性を示しています。

これらのプロジェクトは、第 1 世代のマイクロサービスアーキテクチャの開発と実践において重要な役割を果たしました。これらは、開発者が分散システムでマイクロサービスを構築および管理し、サービス検出、負荷分散、フォールトトレランスなどの重要な問題を解決できるようにするための完全なソリューションセットを提供します。これらのプロジェクトは実用化における豊富な経験と実績を蓄積しており、開発者に認められ利用されています。

4.2. 第 2 世代のマイクロサービスアーキテクチャ

Service Mesh は、マイクロサービス間の通信を処理するためのインフラストラクチャ層です。サービス間に専用のプロキシ (通常はサイドカープロキシ) を挿入することで、マイクロサービス間の通信フローを管理および制御します。Service Mesh は、サービス検出、負荷分散、障害回復、セキュリティ、監視と追跡などの豊富な機能と機能を提供します。

サービスメッシュの中心的な概念は、データプレーンとコントロールプレーンです。

データプレーン: データプレーンは、実際のリクエストと応答を処理する一連のプロキシで構成され、各マイクロサービス (サイドカー) の隣に配置されます。プロキシは、リクエストをインターセプトおよび転送することにより、サービス間の通信とデータ送信を実装します。プロキシは、ロードバランシング、フロー制御、障害回復などの機能を提供し、セキュリティ、監視、ロギングなどの操作も実行できます。
コントロールプレーン: コントロールプレーンは、データプレーン内のエージェントの構成、管理、監視を担当します。ルーティングルールの構成、ポリシーの定義、障害回復とセキュリティポリシーの実装などのための集中管理インターフェイスと制御インターフェイスを提供します。コントロールプレーンは、必要に応じてプロキシの構成を自動的に更新できるため、サービス間のシームレスな通信が可能になります。

Service Mesh の利点は、マイクロサービス間の通信を処理する分離された方法を提供するため、開発者は基礎となる通信の詳細に注意を払わずにビジネスロジックの開発に集中できることです。これにより、可観測性、セキュリティ、スケーラビリティが向上すると同時に、サービス間の通信の信頼性と回復力も高まります。

Service Mesh の分野では、Istio、Linkerd、Envoy などの有名なプロジェクトがいくつかあります。これらのプロジェクトは、それぞれに異なる機能を備えた Service Mesh ソリューションの完全なセットを提供します。Service Mesh の開発と普及により、Service Mesh はマイクロサービスアーキテクチャを構築および管理するための重要なツールおよびテクノロジの 1 つになりつつあります。

サービスメッシュの一般的な例は、オープンソースプロジェクト Istio です。これは、既存の分散アプリケーションの上に透過的にオーバーレイされるサービスメッシュです。Istio の強力な機能は、サービスの保護、接続、監視を行うための統合されたより効率的な方法を提供します。Istio は、サービスコードをほとんどまたはまったく変更せずに、サービス間の負荷分散、認証、監視を実現する方法です。

5. 将来のマイクロサービスアーキテクチャとテクノロジースタック

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