アーキテクチャとは、システム全体の構造と機能を定義する設計思想である。
建物の設計図に例えると、どのような材料を使用し、どのような構造にするかを決定する役割を担う。システムアーキテクチャは、ハードウェア、ソフトウェア、ネットワーク、データなど、システムを構成するすべての要素を統合的に考慮し、最適な設計を導き出す。
アーキテクチャの歴史
システムアーキテクチャは、1960年代から1970年代にかけて、コンピュータシステムの複雑化に伴い、生まれ始めた概念である。それまでは、システムは個々のコンポーネントの寄せ集めとして設計されていた。しかし、システムの規模と複雑さが増すにつれて、全体的な構造と機能を設計する必要性が生じたのである。
初期のシステムアーキテクチャは、主にメインフレームコンピュータ向けに開発された。代表的なアーキテクチャとしては、クライアントサーバー型アーキテクチャ、分散型アーキテクチャ、階層型アーキテクチャなどがある。
1980年代に入ると、パーソナルコンピュータやワークステーションの普及に伴い、システムアーキテクチャも多様化していく。代表的なアーキテクチャとしては、オブジェクト指向アーキテクチャ、コンポーネント指向アーキテクチャ、サービス指向アーキテクチャなどがある。
1990年代になると、インターネットの普及により、システムアーキテクチャはさらなる進化を遂げる。代表的なアーキテクチャとしては、マルチティアアーキテクチャ、SOA（サービス指向アーキテクチャ）、クラウドアーキテクチャなどがある。
2000年代以降は、Web 2.0やモバイルインターネットの普及に伴い、システムアーキテクチャはさらに複雑化していく。代表的なアーキテクチャとしては、マイクロサービスアーキテクチャ、APIファーストアーキテクチャ、イベント駆動アーキテクチャなどがある。
近年では、AIやIoTなどの技術の進展により、システムアーキテクチャはさらに進化していくことが予想される。
アーキテクチャの設計手法
システムアーキテクチャを設計するには、さまざまな手法がある。代表的なものをいくつか紹介する。
ドメイン駆動設計（DDD）
ドメイン駆動設計（DDD）は、ドメインモデルを中心にシステムを設計する手法である。ドメインモデルとは、システムが扱う対象領域の概念や関係を表現したものである。DDDでは、ドメインエキスパートと開発者が密接に連携し、ドメインモデルを構築していく。
DDDの特徴は以下の通りである。
- ドメインモデルを中心に設計する: システム全体をドメインモデルから導き出す
- ユビキタス言語を使用する: ドメインエキスパートと開発者が共通の言語でコミュニケーションをとる
- モジュール設計を採用する: ドメインモデルに基づいて、モジュールを設計する
- 継続的な改善を行う: ドメインモデルを常に改善していく
DDDは、複雑なシステムを設計する際に有効な手法である。特に、ドメインが複雑で変化が激しい場合に有効である。
イベント駆動アーキテクチャ
イベント駆動アーキテクチャは、イベントを発生源とし、イベントに基づいてシステムが動作する手法である。イベントとは、システム内で発生する出来事のことである。イベント駆動アーキテクチャでは、イベントを発生源とし、イベントが発生したときに処理を実行する。
イベント駆動アーキテクチャの特徴は以下の通りである。
- イベントを発生源とする: システム全体をイベントから導き出す
- 非同期処理を採用する: イベントが発生したときに、非同期に処理を実行する
- 疎結合を実現する: コンポーネント間の結合を最小限に抑える
- 拡張性に優れている: システムの拡張が容易である
イベント駆動アーキテクチャは、変化が激しいシステムや、リアルタイム性が求められるシステムに有効な手法である。
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、複数の独立したサービスでシステムを構成する手法である。マイクロサービスは、それぞれ単一の機能を提供する小さなサービスである。マイクロサービスアーキテクチャでは、マイクロサービスを疎結合に連携することで、システム全体を構成する。
マイクロサービスアーキテクチャの特徴は以下の通りである。
- 複数の独立したサービスで構成する: システム全体を小さなサービスに分割する
- 疎結合を実現する: サービス間の結合を最小限に抑える
- 自律性を高める: 各サービスが自律的に動作する
- 開発・運用が容易である: サービスごとに開発・運用を行うことができる
マイクロサービスアーキテクチャは、開発・運用の容易性、拡張性、柔軟性に優れている。近年、注目を集めているアーキテクチャである。
その他の設計手法
上記以外にも、さまざまな設計手法がある。代表的なものをいくつか紹介する。
- SOA（サービス指向アーキテクチャ）: サービスを独立した単位として開発・運用する手法
- レイヤー型アーキテクチャ: システムをレイヤーと呼ばれる層に分けて設計する手法
- パイプラインアーキテクチャ: データを処理するパイプラインを構築する手法
システムの要件に合わせて、適切な設計手法を選択することが重要である。
アーキテクチャのメリット
システムアーキテクチャを適切に設計することで、以下のようなメリットを得ることができる。
1. システムの理解と管理の容易化
システムアーキテクチャは、システム全体の構造と機能を明確に定義するため、システムを理解しやすく、管理しやすくする効果がある。複雑なシステムであっても、アーキテクチャに基づいて設計することで、各コンポーネントの役割や関係性を把握しやすくなり、問題発生時の原因特定や修正作業が効率化される。
2. システムの性能向上
システムアーキテクチャは、システム全体の処理の流れを最適化することで、システムの性能を向上させる効果がある。例えば、クライアントサーバー型アーキテクチャでは、処理負荷をクライアントとサーバーに分散することで、全体の処理速度を向上させることができる。また、分散型アーキテクチャでは、複数のコンピュータで処理を並列化することで、処理能力を向上させることができる。
3. システムの拡張性向上
システムアーキテクチャは、システムの拡張性を向上させる効果がある。アーキテクチャに基づいて設計することで、将来的な機能追加やシステム規模の拡大に対応しやすくなる。例えば、マイクロサービスアーキテクチャでは、個々のサービスを独立して開発・運用することで、必要に応じて新しいサービスを追加したり、既存のサービスを更新したりすることが容易になる。
4. システムの柔軟性向上
システムアーキテクチャは、システムの柔軟性を向上させる効果がある。アーキテクチャに基づいて設計することで、システムの変更や更新に対応しやすくなる。例えば、イベント駆動アーキテクチャでは、イベントに基づいてシステムが動作するため、システムの機能変更や更新を容易に行うことができる。
5. システムのセキュリティ向上
システムアーキテクチャは、システムのセキュリティを向上させる効果がある。アーキテクチャに基づいて設計することで、システムの脆弱性を発見しやすく、対策しやすくなる。例えば、ゼロトラストアーキテクチャでは、すべてのアクセスを認証・認可するため、不正アクセスを防ぐ効果がある。
まとめ
アーキテクチャは、システム全体の構造と機能を定義する設計思想であり、システムの性能、拡張性、セキュリティなどを左右する重要な要素である。
システムアーキテクチャを設計するには、さまざまな手法がある。代表的なものをいくつか紹介した。システムの要件に合わせて、適切な設計手法を選択することが重要である。
