【ITニュース解説】From Interview Room to Production Outage: 10 System Design Mistakes You Must Avoid

システム設計は、アイデアを現実のサービスとして形にするための設計図である。しかし、理論上は完璧に見える設計も、実際の運用で思わぬ問題を引き起こすことがある。特に、多くのユーザーが利用するサービスでは、些細な設計ミスが大規模なシステム障害につながることも少なくない。安定したシステムを構築するために避けるべき、代表的な設計上の誤りについて解説する。

第一に、単一障害点、すなわちSPOF（Single Point of Failure）の存在を無視することだ。これは、システム内の一つの部品が故障すると、システム全体が停止してしまうような設計を指す。例えば、データベースサーバーが1台しかない場合、そのサーバーがダウンするとサービス全体が利用できなくなる。これを避けるためには、重要な機能を担うコンポーネントを複数用意し、一台が故障しても他のものが処理を引き継げるような冗長性を持たせた構成にすることが不可欠である。

第二に、スケーラビリティの軽視である。サービス開始当初は問題なくても、ユーザー数やデータ量が増加するにつれてシステムの応答が遅くなることがある。将来の成長を見越して、負荷が増えても性能を維持できる設計が求められる。サーバーの台数を増やして負荷を分散させる水平スケーリングや、サーバー自体の性能を向上させる垂直スケーリングといった手法を、システムの特性に合わせて適切に計画する必要がある。

第三に、データ整合性の見落としだ。特に複数のサーバーにデータを分散させる分散システムでは、ある場所で更新されたデータが、他の場所に即座に反映されるとは限らない。全ての場所で常に完全に同じデータを保つ「強整合性」と、いずれは同じ状態に落ち着くことを許容する「結果整合性」のどちらを選択するかは、サービスの要件に大きく依存する。このトレードオフを理解せずに設計すると、ユーザーに古い情報を見せてしまったり、データの矛盾を引き起こしたりする。

第四に、不適切なデータベースのスキーマ設計が挙げられる。スキーマとはデータベースにおけるデータの構造定義であり、ここの設計が悪いと、データの検索効率が著しく低下したり、将来的な機能追加が困難になったりする。データの重複をなくし整合性を保つための正規化や、検索を高速化するためのインデックスの適切な使用など、データベースの基本原則に則った設計が重要となる。

第五に、不十分なキャッシュ戦略である。キャッシュとは、頻繁にアクセスされるデータを高速な記憶領域に一時的に保存しておく仕組みだ。これを効果的に利用することで、データベースへの負荷を軽減し、システムの応答速度を大幅に向上させることができる。しかし、どのデータをキャッシュするか、キャッシュしたデータが古くなった際にどう更新するかといった戦略を誤ると、パフォーマンスが改善しないばかりか、古い情報をユーザーに返してしまう原因にもなる。

第六に、セキュリティの軽視は致命的な結果を招く。システム設計の初期段階からセキュリティを考慮しなければ、後から対策を施すのは非常に困難である。不正なアクセス、データの改ざんや漏洩などを防ぐため、ユーザー認証や認可の仕組み、入力データの検証、通信の暗号化といった対策を設計に組み込む必要がある。

第七に、監視とロギングの仕組みの欠如も問題となる。システムが正常に稼働しているかを常に監視し、CPU使用率やメモリ使用量、レスポンスタイムといった指標を収集する仕組みがなければ、問題の予兆を検知できない。また、エラーやユーザーの操作履歴などを記録するログがなければ、障害が発生した際に原因を特定することが極めて困難になる。

第八に、ネットワーク通信のコストを過小評価してはならない。特に、システムを複数の小さなサービスに分割するマイクロサービスアーキテクチャでは、サービス間の通信が頻繁に発生する。ネットワーク越しの通信は、同じコンピュータ内での処理に比べてはるかに時間がかかる。不必要な通信を減らすようAPIを設計するなどの工夫が求められる。

第九に、目的と合わない不適切な技術選定も避けるべきである。特定の技術が流行しているからという理由だけで採用するのではなく、解決したい課題の特性を深く理解し、それに最も適したデータベースやプログラミング言語を選択することが重要だ。技術の特性を理解しないまま使用すると、性能問題や開発効率の低下につながる。

最後に、障害は必ず発生するという前提に立った耐障害性設計が欠かせない。ある部分でエラーが発生しても、それがシステム全体に波及しないようにする「サーキットブレーカー」や、失敗した場合に処理を自動で再試行する仕組み、主要な機能が停止した場合に備えて最低限の機能を提供する代替策（フォールバック）などを設計に盛り込むことで、システムの回復力、すなわちレジリエンスを高めることができる。

これらの設計上の誤りを避けることは、安定して稼働し続ける信頼性の高いシステムを構築するための基礎である。理論だけでなく、現実の運用で起こりうる様々な問題を想定した設計思考を身につけることが、優れたシステムエンジニアになるための重要な一歩となる。