モノリシックアーキテクチャ

モノリシックアーキテクチャとは?

モノリシックアーキテクチャとは、すべての機能コンポーネント(ユーザーインターフェース、コアロジック、データアクセス、外部インターフェース)が統合され、コンパイルされ、単一の実行可能ファイルまたはデプロイ可能なアーティファクトとしてデプロイされる統一されたソフトウェアアプリケーションモデルを指します。アプリケーション全体が同じランタイムプロセス、設定、バージョン管理ライフサイクルを共有します。

モノリシックアプリケーションは、Webインターフェース、ビジネスワークフロー、データ永続化、統合など、すべての機能を単一のリポジトリとリリースパイプラインにカプセル化します。これは、アプリケーションが独立してデプロイ可能なサービスに分割され、それぞれが異なるランタイムとコードベースを持つマイクロサービスとは対照的です。

例え: モノリシックアプリケーションは、一つの岩から彫られた単一の堅固な建物のようなものです。修正や修理を行う際には、一部分だけでなく構造全体を扱う必要があります。

構造コンポーネント

プレゼンテーション層(UI)

Web、デスクトップ、モバイルUIを含むすべてのクライアント向けインターフェースを処理します。ユーザー入力、出力、ナビゲーション、セッション状態を管理します。

ビジネスロジック層

コアアプリケーションルール、ワークフロー、ロジックを実装します。注文処理、認証、認可、データ検証などの操作を管理します。

データアクセス層

データクエリ、トランザクション、CRUD操作を含むデータベースとのやり取りを抽象化します。データの読み書き時に一貫性と整合性を保証します。

データベース

集中型ストレージで、通常は単一のリレーショナルデータベース(MySQL、PostgreSQL、Oracle)です。すべてのアプリケーションモジュールが同じデータベーススキーマにアクセスします。

外部依存関係

サードパーティAPI、決済ゲートウェイ、メールシステム、メッセージングキュー、認証プロバイダーとの統合。

ミドルウェア

ロギング、エラー処理、監視、認証、セキュリティなどの横断的関心事。多くの場合、コードベース全体で使用される共有ライブラリまたはモジュールとして実装されます。

主な特徴

単一コードベース: すべてのアプリケーションコードが単一のリポジトリで管理され、一緒にビルドされます。

密結合コンポーネント: モジュールと機能は相互依存しており、クラス定義、データモデル、内部APIを共有することがよくあります。

統一プロセス空間: アプリケーションは共有メモリとリソースを持つ単一プロセスとして実行されます。

単一デプロイ単位: アプリケーション全体が一緒にパッケージ化され、デプロイされます(.jar、.war、Dockerコンテナ)。

集中型データストア: 通常、単一のデータベースがすべてのアプリケーションコンポーネントにサービスを提供します。

階層構造: コードは論理層(UI、ビジネスロジック、データアクセス)に整理されますが、一つのデプロイ可能なアーティファクトのままです。

限定的なスケーラビリティ: スケーリングには、一つのコンポーネントのみが負荷を受けている場合でも、アプリケーション全体をスケーリングする必要があります。

設計原則

モジュール性: 関心の分離のために、コードを凝集性のあるモジュールまたはパッケージに構造化します。

関心の分離: UI、ビジネスロジック、データアクセスに明確な責任を持たせ、層間の依存関係を最小限に抑えます。

カプセル化: モジュール内の内部詳細を隠し、必要な公開インターフェースのみを公開します。

一貫性: コードベース全体で統一されたコーディングスタイル、デザインパターン、アーキテクチャ規約を適用します。

スケーラビリティの考慮: 水平スケーリング(アプリケーション全体の複製)に備え、可能な場合はキャッシングや非同期処理を導入します。

利点

利点	説明
シンプルさ	特に小規模から中規模のプロジェクトにおいて、開発、理解、管理が容易
迅速な初期開発	最小限のインフラストラクチャの複雑さで迅速なプロトタイピングが可能
集中型デプロイ	単一アーティファクトのリリースがバージョン管理とロールアウトを効率化
パフォーマンス	プロセス内通信は分散サービス間のネットワーク呼び出しよりも高速
簡単なデバッグ	トレースとロギングが一つのプロセス内で行われ、トラブルシューティングが簡素化
統一されたテスト	エンドツーエンドテストが複数の環境を調整することなくすべてのアプリケーションフローを検証
低いインフラストラクチャオーバーヘッド	可動部分が少ないため、DevOpsがシンプルで初期段階の運用がコスト効率的
強化されたセキュリティ	内部通信ポイントが少ないため、攻撃面が減少
レガシー互換性	確立されたデプロイメントプラクティスを持つ環境に適している

欠点と制限

制限	説明
スケーラビリティのボトルネック	一つのモジュールのみがより多くのリソースを必要とする場合でも、アプリケーション全体をスケーリングする必要がある
デプロイメントリスク	小さな変更でもアプリケーション全体の再デプロイが必要となり、ダウンタイムのリスクが増加
密結合	高い相互依存性によりコード変更がリスクを伴い、リグレッションバグを引き起こす可能性がある
技術のロックイン	特定の機能に新しい言語、フレームワーク、ツールを導入することが困難
規模拡大時の開発速度低下	大規模なコードベースは扱いにくくなり、マージコンフリクトが増え、ビルド/テストサイクルが長くなる
障害分離の低下	一つのモジュールのバグがアプリケーション全体をクラッシュさせる可能性がある
限定的なCI/CDサポート	頻繁で小規模なリリースの実装が困難
リソースの非効率性	オーバープロビジョニングが一般的で、活用されていないコンポーネントもリソースを消費

ユースケース

ユースケース	適合理由
スタートアップ & MVP	最小限のインフラストラクチャと低コストで迅速な開発が可能
シンプルなアプリケーション	限定的な範囲により保守とデプロイが容易
規制環境	集中型コードとデプロイがコンプライアンスと監査を容易にする
レガシーシステム	スケーリングニーズが予測可能な場合、既存のモノリシックソリューションを効率的に保守可能
限定的なDevOpsチーム	分散システムの複雑さなしに運用とデバッグが容易

スケーリング戦略

垂直スケーリング(スケールアップ)

アプリケーション全体のサーバーリソース(CPU、RAM)を増やします。ハードウェアの限界まで効果的ですが、コストが高くなる可能性があります。

水平スケーリング(スケールアウト)

ロードバランサーの背後でアプリケーション全体の複数のインスタンスを実行します。個々の機能を独立してスケーリングすることはできません。

キャッシング

インメモリキャッシング(Redis、Memcached)を使用してデータベースとAPIの負荷を軽減します。

データベースシャーディング

複数のデータベースインスタンスにデータを分割します。密結合されたコードベースに複雑さが加わります。

ロードバランシング

同一のアプリケーションノード間で受信トラフィックを分散します。

保守の課題

コードベースの成長: 機能が蓄積されるにつれて、コードベースの管理が困難になり、技術的負債が増加します。

デプロイメントの複雑さ: ビルドとテストサイクルが長くなり、デプロイメント失敗のリスクが高まります。

変更管理: 関連のない機能に影響を与えることなく個々のモジュールをリファクタリングまたは更新することが困難です。

モノリシック vs. マイクロサービス

属性	モノリシック	マイクロサービス
構造	単一コードベース、密結合	複数の疎結合サービス
デプロイメント	単一デプロイ単位	各サービスが独立してデプロイ
スケーラビリティ	アプリ全体が一つとしてスケール	必要に応じて個々のサービスをスケール
技術スタック	アプリ全体で統一	各サービスが異なる技術を使用可能
デバッグ	集中型、複雑さが低い	分散型、サービス間のトレースが必要
リリース管理	アプリ全体が一緒にリリース	継続的でターゲットを絞ったデプロイメント
障害の影響	一つのバグがすべての機能に影響	障害は影響を受けるサービスに分離
チームの自律性	低い;同じコードベース	高い;チームが自分のサービスを所有しデプロイ

移行戦略

Strangler Figパターン

モノリスの一部を徐々にマイクロサービスに置き換えます。新機能はサービスとして開発され、モノリスはレガシー機能を提供し続けます。

ビジネス機能分解

論理的なビジネスドメイン(決済、在庫)に基づいてサービスを抽出します。各ドメインは独自のデプロイメントとデータストアを持つマイクロサービスになります。

データベース分離

単一の共有データベースからサービス固有のデータベースに移行します。サービス間の依存関係を減らし、スケーラビリティを向上させます。

イベント駆動アーキテクチャ

イベントを使用してサービス間のアクションを調整し、直接的な依存関係を減らし、スケーラビリティを向上させます。

実世界の例

銀行システム: レガシー銀行アプリは、口座管理、取引、レポート作成を一つのモノリシックシステムに統合していることが多いです。

エンタープライズERP: 従来のERPソリューションは、HR、財務、サプライチェーンを単一のデプロイ可能な単位で管理します。

初期のWebプラットフォーム: Facebook、Netflix、WordPressの初期バージョンは、マイクロサービスに移行する前はモノリシックでした。

モノリシックを選択すべき場合

適切なシナリオ:

迅速なプロトタイピング、MVP、またはシンプルなアプリケーション
小規模チームまたは限定的なDevOpsリソース
安定した予測可能なワークロードを持つプロジェクト

代替案を検討すべき場合:

独立したスケーリングとデプロイメントを必要とする大規模で進化するシステム
技術の多様性と継続的デリバリーを必要とするチーム
高い信頼性と障害分離を必要とするアプリケーション

モノリシックアーキテクチャ