Zenn
👻

マイクロサービスとgRPCで実現する分散システム開発

に公開
gRPC
マイクロサービスアーキテクチャ
tech

マイクロサービスとgRPCは、現代の分散システム開発において非常に重要な概念と技術です。それぞれについて詳しく解説します。

マイクロサービスとは

マイクロサービスとは、アプリケーションを小さな独立したサービスの集まりとして構築するアーキテクチャスタイルです。従来の「モノリシックアーキテクチャ」が、すべての機能を一つの大きな塊として開発するのに対し、マイクロサービスでは、各サービスが特定のビジネス機能に特化し、疎結合で、独立して開発、デプロイ、スケールできるのが特徴です。

マイクロサービスの主な特徴:

  • 疎結合: 各サービスは他のサービスに強く依存せず、独立して機能します。これにより、あるサービスに変更を加えても、他のサービスへの影響を最小限に抑えられます。
  • 独立したデプロイ: 各サービスは個別にデプロイできるため、全体のシステムを停止することなく、特定の部分だけを更新・修正することが可能です。
  • 技術の多様性 (Polyglot): 各サービスは、その機能に最適なプログラミング言語やデータベースを選択できます。
  • スケーラビリティ: 特定のサービスに負荷が集中した場合、そのサービスだけを独立してスケールアウト（増強）できます。
  • チームの自律性: 小規模なチームが特定のサービスを担当することで、開発サイクルが短縮され、迅速な意思決定が可能になります。

マイクロサービスのメリット:

  • 開発・デプロイの俊敏性向上
  • 障害発生時の影響範囲の限定
  • スケーラビリティの向上
  • 新技術の導入の容易さ
  • 大規模な開発チームの管理の容易さ

マイクロサービスのデメリット:

  • サービス間の通信管理の複雑化
  • 分散トランザクションの管理の難しさ
  • 監視・デバッグの複雑化
  • インフラストラクチャの複雑化

gRPCとは

gRPC (Google Remote Procedure Call) は、Googleによって開発されたオープンソースの高性能RPC（Remote Procedure Call）フレームワークです。RPCは、別のコンピューターにあるプログラムのサブルーチンや関数を、あたかもローカルにあるかのように呼び出すための技術です。
gRPCは特にマイクロサービス間の高速かつ効率的な通信を実現するために注目されており、従来のRESTful APIと比較して多くの利点があります。

gRPCの主な特徴とメリット:

  • HTTP/2ベース:
    • gRPCはHTTP/2上で動作します。HTTP/2は、単一のTCP接続上での多重化、ヘッダー圧縮、サーバープッシュなどの機能を提供し、低遅延で効率的な通信を可能にします。
    • これにより、RESTと比較してデータ送受信が7〜10倍高速になる例もあります。
  • Protocol Buffers (Protocol Buffers) によるシリアライズ:
    • gRPCは、データ交換形式としてProtocol Buffers（通称：Protobuf）を使用します。
    • Protobufは、JSONやXMLのようなテキスト形式ではなく、コンパクトなバイナリ形式でデータをシリアライズします。これにより、データサイズが小さくなり、データの送受信が高速になります。
    • .protoファイルというインターフェース記述言語でメッセージのスキーマ（データの構造）やサービスを厳密に定義するため、スキーマ駆動開発が可能です。
  • コード生成:
    • .protoファイルで定義されたスキーマから、様々なプログラミング言語（Java, C++, Python, Go, Node.js, C#, Ruby, PHPなど）向けのクライアントコードとサーバーサイドのひな形コードを自動生成できます。
    • これにより、開発者は通信の低レベルな実装を気にすることなく、ビジネスロジックに集中できます。また、異なる言語で書かれたサービス間でもシームレスな連携が容易になります。
  • 多様な通信形態:
    • Unary RPC: クライアントが1つのリクエストを送信し、サーバーが1つのレスポンスを返す、一般的なリクエスト/レスポンスモデル。
    • Server Streaming RPC: クライアントが1つのリクエストを送信し、サーバーが複数のレスポンスをストリームとして返す。
    • Client Streaming RPC: クライアントが複数のリクエストをストリームとして送信し、サーバーが1つのレスポンスを返す。
    • Bidirectional Streaming RPC: クライアントとサーバーが、互いに独立して複数のメッセージをストリームとして送受信する。リアルタイム通信などに適しています。
  • 言語中立・プラットフォーム中立:
    • Protobufとコード生成のおかげで、異なる言語やプラットフォームで開発されたサービス間でも問題なく通信できます。
      gRPCが特に役立つ場面:
  • マイクロサービスアーキテクチャにおけるサービス間通信
  • 低遅延・高スループットが求められるリアルタイム通信（チャット、ゲーム、ストリーミングなど）
  • 多言語環境でのシステム開発
  • リソースが制約されるモバイルクライアントとの通信

マイクロサービスとgRPCの関係性

マイクロサービスアーキテクチャでは、多数の小さなサービスが連携して動作します。このサービス間の通信は、システムのパフォーマンスと信頼性に大きく影響します。ここでgRPCが力を発揮します。
gRPCは、その高速性、効率性、多言語対応、厳密なスキーマ定義といった特徴により、マイクロサービス間の通信プロトコルとして非常に適しています。特に、以下のような点でマイクロサービスと相性が良いと言えます。

  • 高効率なサービス間通信: 大量のデータや頻繁な通信が必要なマイクロサービスにおいて、gRPCのバイナリ形式とHTTP/2による高速通信は大きなメリットです。
  • 異なる技術スタックの連携: マイクロサービスでは、各サービスが最適な言語やフレームワークを選択できるため、異なる技術スタックを持つサービス間の連携が不可欠です。gRPCは多言語対応であり、この課題を解決します。
  • 厳密なAPI定義: .protoファイルによるスキーマ定義は、サービス間のAPIインターフェースを明確にし、開発の一貫性を保つのに役立ちます。
    まとめると、マイクロサービスはアプリケーションを構築するための「設計思想・アーキテクチャ」であり、gRPCはそのマイクロサービス間の「通信を効率的に行うための技術」の一つと言えます。

Discussion