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「モジュールとしてのマイクロサービス」と 「分割単位としてのドメイン」について考える かとじゅん(@j5ik2o) Object Oriented Conference- 2020/2/16 Rev 2.0

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© Chatwork あなたは誰? ● 加藤潤一(@j5ik2o) ● Chatwork社のテックリード ○ PHPからScalaへのレガシーシステム 移行プロジェクトやってます ● 直近の活動 ○ 現場でDDD 2nd ○ すえなみチャンス ○ 割り勘ドメインのワークショップなど

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© Chatwork テーマ ● 昨今のシステムは境界定義が難しい。マイクロサービスの 文脈でもどのようにシステムを分割するかの議論がありま す。マイクロサービスのサービスは広義には部品のこと ● 部品=モジュール(モジュールもオブジェクトの一種)。 50年来続く「部品の分割=モジュール化」の歴史からヒ ントを得られる ● 「モジュール」と「ドメイン」にどんな関係があるか、ど のように考えるとよいのか、課題は何か、などについて話 します

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© Chatwork アジェンダ ● マイクロサービスアーキテクチャ(MSA)とは ● MSA以前の問題とは ● MSAでどう変わるのか ● 「モジュール化」の温故知新 ● モジュールの設計要素と設計行為 ● 分割単位としてのドメイン ● システム分割の課題 ● まとめ

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© Chatwork マイクロサービスアーキテクチャとは (釈迦に説法…)

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© Chatwork マイクロサービス・アーキテクチャ(MSA)とは ● 2011年ごろからある言葉 ● 簡単にいうと、単一のアプリケーションを小さなサー ビス群を組み合わせて構成する設計手法 ○ 個々のサービスは独立したプロセス。APIなどの機 構を介して相互通信 ○ サービスはビジネスの遂行能力に合わせて構築さ れる。DevOpsやクラウドなどの完全自動化された 機構の上に動作する

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© Chatwork MSA以前の問題とは

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© Chatwork MSA モノリシック 変更の影響範囲に関する問題 ● 従来型では一枚岩(モノリシック)なので変更の 影響範囲を特定するのに時間が掛かっていた。 複雑なシステムであればあるほど比例する ● システム内部の境界が厳密ではないので影響が 及ぶ関連部分をすべて変更する必要があり、そ れに伴ってテストも広範囲になりがち ● モノリシックの場合は同時並行に機能変更する と影響範囲の特定がさらに難しくなる。場合に よっては逐次的に変更を管理する必要がある。 これが小さな変更でも時間がかかる理由 システム サービス サービス サービス 変更 変更

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© Chatwork 分業形態に関する問題 ● 従来型では「UIチーム」「ビジネスロ ジックチーム」「DBチーム」などの技 術的観点で組織を分割してきた(ノウハ ウ共有&コスト削減できた)が問題も あった… ● 要求に合わせて適切な技術選択が難し い。機能に合わせてミドルウェアや言 語の選択が難しい ● 技術の選択権がないと優秀なエンジニ アはやる気を無くす問題もある。自治 権が与えられない UI ビジネス ロジック DB

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© Chatwork MSAでどう変わるのか

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© Chatwork マイクロサービス MSAでモジュール構造がどう変わったのか モノリシックなシステム 受注管理 出荷管理 売上管理 請求管理 入金管理 受注管理 出荷管理 売上管理 請求管理 入金管理 APIゲートウェイ 内部モジュールがコードやDBも共有しない独立した”コンポーネント”となった

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© Chatwork マイクロサービス・アーキテクチャの特徴 ● サービスを通じたコン ポーネント化 ● ビジネス遂行能力に関 わり組織が整理される こと ● プロジェクトではなく プロダクト ● 賢いエンドポイントと土管 ● 分割統治 ● 分散データ管理 ● インフラ自動化 ● 障がいのための設計 ● 進化的な設計 出典: https://martinfowler.com/articles/microservices.html http://kimitok.hateblo.jp/entry/2014/11/09/211820 日本語訳

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© Chatwork サービスを通じたコンポーネント化 ● 独立して交換・アップグレード 可能なソフトウェアのユニット がコンポーネント。従来からあ る構造化手法と同じ。古い言い 方ではモジュールと呼ぶ。 ● このようなサービス分割は物理 的にサーバ台数も増えるが、 DevOpsやクラウドサービスの 進化で管理コストが下げられる ようになった マイクロサービス 受注管理 出荷管理 売上管理 請求管理 入金管理 APIゲートウェイ DevOps Cloud Services

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© Chatwork 「モジュール化」の温故知新

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© Chatwork モジュールとは ● (単純な説明としては)ハードウェアやソフトウェアを構成する個々 の部品のこと

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© Chatwork FYI: モジュールの例え ● 数の加算的グループの部 分集合で、それ自身加算 的グループであるもの ● モジュール化が入れ子構 造(フラクタルな構造)を 持つ ● package→class→class などのような入れ子構造 ● IT以前から複雑性を軽減 するために使ってきた 5 1 6 4 10 10 4 6 5 1

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© Chatwork モジュール化のコア概念(1/2) ● モジュール内では相互依存し、 モジュール間では独立している ○ モジュールだけで設計は終 わらない。構造面の独立性 と機能面でモジュールを統 合する枠組みすなわち 「アーキテクチャ」が必要 出荷管理 出荷確認 出荷済通知 納品書出力 受注 管理 出荷 指示 売上 管理 請求 管理 入金 管理 疎結合 (関心が弱いものは分離する ) 関心が強いもの を凝集させる

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© Chatwork モジュール化のコア概念(2/2) ● 抽出・情報を隠す・インターフェイスという特徴を持つ。要素が 複雑化すると単純なインターフェイスを持つ別個の要素として抽 出することで複雑性を隠蔽できる 請求管理モジュール 請求(IN) 請求書郵送(OUT) 請求データ送信(OUT) 請求ルール ほかのモジュール 内部の複雑な 知識は隠蔽さ れている 複雑な知識には触れ ずに労力だけを得る

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© Chatwork モジュールの設計要素

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© Chatwork 明示的なデザイン・ルールと隠されたデザイン・パラメータ(1/2) ● 明示的なデザイン・ルール(明示的情報)と隠されたデザインパラメータ (隠された情報)を分離することでモジュール化が可能になる 隠されたデザイン パラメータ 隠されたデザイン パラメータ 明示的なデザイン・ルール 図の出典: オライリー マイクロサービスアーキテクチャ

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© Chatwork 明示的なデザイン・ルールと隠されたデザイン・パラメータ(2/2) ● 明示的なデザイン・ルール ○ アーキテクチャ ■ モジュールの目的や機能を特定するもの ○ インターフェース ■ モジュールの相互作用・配置・接続・情報伝達などの定義 ○ 標準 ■ モジュールの機能および性能検証するための基準(契約プログラ ミング相当?) ● 隠されたデザイン・パラメータ ○ そのモジュールを超えて、ほかの設計に影響を及ぼさない意思決定 ○ 隠されたモジュールは選択を遅延できる・交換可能。設計の意思決 定は、ほかのチームと相談しなくともよい

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© Chatwork FYI: デザインルールがFail Fastを支えた事例 ● IBM System/360ではIBMと異なる企業が、 それぞれ独立して取り組みイノベーション の速度が向上した。企業は単一のモジュー ルに集中し、より深く追究できた ● 1つのモジュールが注目されると、膨大な実 験が並行して行われた。モジュール設計者 たちはモジュール相互間の動作を確保す る、デザインルールを守り、広範なアプ ローチを自由に試みることができた ● モジュール化のセカンドエポックはIBM PC でも互換機のムーブメント IBM System/360 (1965〜1977) IBM PC (1981-1990)

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© Chatwork FYI: モジュールがアジャイルを支える基盤になる ● WIKESPEED ○ オブジェクト指向のモジュール基盤とDbCに対応するスクラムで毎週新しい更新を 生み出す。チームはビジネス価値を持つモジュールのオーナーとなる ○ モジュールによって並行したスクラムが可能となりベロシティを維持・向上させる ことができた。ムーアの法則のメリットを製造にも転用(ラインがマルチパス化) 出典: https://www.agilejapan.org/2016/image/Keynote1_ScrumIncAgileJapan80minJ.pdf

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© Chatwork モジュールの設計行為

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© Chatwork モジュール化のオペレータ(1/2) ● デザイン階層より下位のモ ジュールが進化しうることが 重要(下位システムの不確実性 に強い) ● 不変性と可変性を作り込む、 一般的な設計行為=モジュー ル化のオペレータがある モジュールA デザインルール モジュールA1 モジュールA2 モジュールA3 デザインルール モジュールA3-1 モジュールA3-2 不変性 可変性

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© Chatwork モジュール化のオペレータ(2/2) ● モジュールを分離する ● 古いモジュール設計を新しいモ ジュール設計に交換する ● モジュールを削除する ● それまでなかったモジュールを追加 しシステムを拡大する ● 「殻」を作って当初設計された以外 のシステムで機能するモジュールに する転用 ● 複数のモジュールから共通要素を抽 出し、階層中に新たなレベルのもの を作る 包括的デザインルール モジュールA デザインルール モジュールB モジュールB モジュールB モジュールG 分割 交換 追加 モジュールC D-E デザインルール 削除 モジュールD モジュールH モジュールE F デザインルール モジュールF-1 モジュールF-2 モジュールF-3 抽出 転用

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© Chatwork FYI: モジュール型製品と統合型製品 ● モジュール型製品は機能に対してモ ジュールが1対1に紐付く ● 統合型製品は機能に対して複数のモ ジュールが紐付く ● ある機能のために複数のモジュールを 調整しなければならない製品はモ ジュール型製品と呼ばない(ただし機 能定義による) ● モジュール性が高い=機能とモジュー ルが対応付いているかが一つの尺度に なる 統合型製品 モジュール型製品 機能A 機能B モジュールA モジュールB 機能A モジュールA1 モジュールA2 モジュールA3

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© Chatwork モジュールの設計改善 ● デザインルールに従うかぎり モジュール単独の設計改善が 可能(密なコミュニケーショ ン) ● デザインルール自体を改善す るときは、モジュール設計 チームどうしの合意によって 実現可能(疎なコミュニケー ション) ● 組織構造がシステムに影響を 与えていることがわかる デザインルール モジュールA モジュールB 内部の改善は他のモ ジュールに影響を与え ない。独自の設計改善 が可能 デザインルールはモ ジュール設計チーム間 で合意することで修正・ チューニングされていく 密 疎 ソフトウェアは建築に例えられることがあるが、同一モジュールの構築 者と利用者が分離される、一般的なメタファではこれらの活動は説明し にくい 機能A 機能B

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© Chatwork 分割単位としてのドメイン

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© Chatwork 販売管理ドメイン ドメイン駆動設計とは ● ドメイン ○ 問題や知識の領域 ● ドメインモデル ○ ドメイン上の概念のこと。 ● ドメイン駆動設計 ○ ドメインの考え方に従うことでビジネスの 変化にソフトウェアが対応できるようにす ること ○ ソフトウェア開発はドメインを中心にしな くても可能だが、それではビジネス変化に 適応できない 受注管理 出荷管理 売上管理 請求管理 入金管理

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© Chatwork 請求ドメイン 商品カタログドメイン ドメインとBCの関係 ● 問題の領域 ○ ドメイン ○ ビジネスの戦略課題を分 析/明確化する領域 ● 解決の領域 ○ 境界づけられたコンテキ スト(Bounded Context=BC) ○ ビジネスの戦略課題を解 決する領域 ○ 業務の単位 在庫ドメイン 需要予測BC 発送ドメイン 在庫BC 注文ドメイン EコマースBC Eコマースの例(出典:実践ドメイン駆動設計 ) 組織が扱う関心事は ドメインというより 境界づけられたコンテキスト

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© Chatwork コンテキストA BCとシステム・チームを合わせる ● 同じ業務ごとにチームとシステム を区切るとドメイン概念を把握し やすくなる ● チーム間のコミュニケーションが そのままシステム設計に繋がる (異なる2つのモデルを変換するた めに共通の言語を使う=公表され た言語) ● さまざまなソフトウェア活動の調 整がしやすくなる。昔ながらのモ ジュールの改善と変わらない システム チーム コンテキストB システム チーム コミュニケー ション ドメインモデル ドメインモデル 隠されたデザイン・パラメータ 明示的なデザイン・ルール プロトコル/ イベント 公表された言語(PL) サービス境界

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© Chatwork FYI:コンウェイの法則 ● システムを設計する組織は、その構 造をそっくりまねた構造の設計を生 み出してしまう(引用:エンジニアリ ング組織論への招待) ● 情報処理能力が高まる構造が必要。 でなれば、組織構造の問題が知らず 知らずにシステムに組み込まれてい く…。 ● ”ソフトウェアは会話でできてる” ○ AN AGILE WAY ○ コーンウェイの法則 汎用モジュール 職人 個別モジュール 開発者 個別モジュール 開発者 個別モジュール 開発者

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© Chatwork システム分割の課題

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© Chatwork 適切な分割とは ● システムを分割することでビジ ネスの変化に対応できるように なるが、その代償としてシステ ムは複雑化する ● 逆に過剰に分割することで、変 更に弱くなるもしくは保守性が 下がる、可能性がある ● 組織に対してサービスが多すぎ る事例がよく観測される。 こういった過剰な分割を検知・ フィードバックする必要がある … 適切な分割 過剰な分割 分割なし 変更に強い/保守性が高い 変更に弱い 保守性が低い 分割数N 分割数0

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© Chatwork モノリスは本当に問題か ● モノリスにも利点がある ○ すべてのコードが1つのプロジェクトに含まれる ○ コードベースが単一であるため、テストやデプロイが容易である ○ すべてのデータが利用可能で、サービス間で送信する必要はない ○ インフラストラクチャセットが単一である ● モジュラモノリスという選択肢 ○ Shopifyはいかにしてモジュラモノリスへ移行したか ○ ECサイト運営のためのSaaS ○ MSAの分散システムの複雑性が問題になり代替としてモジュラモノリ スへ。モノリス→モジュラ・モノリス→マイクロサービスへの移行パ スがあると示した

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© Chatwork 仕事の単位でモジュラー・モノリス化 MSA文脈でのモジュラー・モノリス ● 分割しすぎたら関心事単位でモジュール構成を見直す。関係が強いもの は近くに、弱いものは遠くに。 ● 部分的にモジューラモノリスを採用する。サービスをモジュールに格下 げして、同一BC内で管理できるように調整する 仕事を無視して分割しすぎ S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 T1 T2 T3 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 T1 T2 T3 分割度の 調整 S1 S2 S3

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© Chatwork 新たな課題〜フロントエンド・モノリス〜 ● k8sなどでバックエンドをBC単位で分割しても、BFFを経由してフロン トエンドモノリスを作ってしまう問題。 ● 解法の一つにMicro Frontendsがある(先行事例はSpotify, IKEAな ど)。フロントエンドにもモジュラモノリスの発想が必要

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© Chatwork まとめ ● 複雑なものは分けて考える。人間の認識・管理能力には限界があるの で複雑なものは分割するのが正攻法 ● マイクロサービスやモジュラーモノリスはその手段。これらの手法に 共通して重要な設計要素は、モジュール性とビジネスの関心事(境界づ けられたコンテキスト) ● システムとチーム(組織)は人間のコミュニケーションを阻害しないよ うに構成される必要がある(コンウェイの法則) ● 分割すればよいという単純な発想では落とし穴(分散システムの難易度 など)にはまるので注意。場合によってはモジュラー型から統合型への 部分的な回帰も必要かもしれない

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© Chatwork 参考文献

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© Chatwork ご清聴ありがとうございました!

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