【ITニュース解説】When Observability Cookies Become Performance Killers: A Tale of Unintended Consequences

ウェブサイトやアプリケーションを安定して高速に提供するため、システムは様々な技術で構成されている。その中で、一見するとシステムの利便性や監視のために導入された技術が、意図せずパフォーマンスを低下させる「隠れたコスト」となる場合がある。特に、ロードバランサーが発行するクッキーと、システムの可観測性を高めるための仕組みが相互に作用し、性能問題を引き起こすケースがあるのだ。

まず、ロードバランサーの役割について理解しておく必要がある。ロードバランサーとは、ウェブサイトやサービスへの膨大なアクセス要求を、複数のサーバーに均等に振り分ける装置のことだ。これにより、一つのサーバーに負荷が集中するのを防ぎ、システム全体の処理能力を高め、また、万が一どれか一つのサーバーが故障しても、他のサーバーが処理を継続することでサービスが停止しないようにする、といった重要な役割を担っている。

次に、「セッション」と「スティッキーセッション」、そして「クッキー」の関係について説明する。ユーザーがウェブサイトを利用する際、ログイン状態やショッピングカートの中身など、一連の操作は「セッション」として管理される。通常、このセッション情報は、ユーザーがアクセスしている特定のサーバーに保存されていることが多い。もしロードバランサーがユーザーの次のリクエストを別のサーバーに振り分けてしまうと、セッション情報が失われ、ユーザーはログインし直したり、カートの中身が空になったりする可能性がある。このような不便を防ぐために「スティッキーセッション」という技術が使われる。これは、特定のユーザーからの連続したリクエストを、常に同じバックエンドサーバーに送るようにする仕組みだ。スティッキーセッションを実現する一般的な方法の一つが「クッキー」の利用である。ロードバランサーは、ユーザーが最初にアクセスした際に、そのユーザーを識別し、どのサーバーに接続すべきかを示す情報を「クッキー」としてユーザーのブラウザに送る。次回以降、ブラウザがサーバーにリクエストを送る際にはこのクッキーも一緒に送られ、ロードバランサーはその情報を見て、前回と同じサーバーにリクエストを誘導するのだ。

そして、現代のシステム開発において重要視されている概念に「可観測性（Observability）」がある。システムが大規模化・複雑化し、多数の小さなサービス（マイクロサービス）が連携して動作するようになると、どこで問題が発生しているのか、その原因は何かを把握することが非常に難しくなる。可観測性とは、システムが外部に吐き出すデータ（ログ、メトリクス、トレースなど）を分析することで、システム内部の状態を深く理解し、その振る舞いや問題の原因を特定できるようにする能力を指す。この可観測性を高めるために、様々な監視ツールや仕組みが導入される。

しかし、ここにパフォーマンス問題の落とし穴が潜んでいる。多くのロードバランサーや、その周辺に配置されるAPIゲートウェイ、監視ツールなどは、システムの健全性チェックや可観測性向上の目的で、ユーザーのリクエストやレスポンスに独自の情報を追加することがある。特に、前述のスティッキーセッションのためのクッキーとは別に、ロードバランサー自身がバックエンドサービスの状態を追跡したり、リクエストを特定のログコレクターに誘導したりするために、さらに追加のクッキーを挿入することがあるのだ。

この結果、ユーザーのブラウザに送り返されるHTTPレスポンスには、アプリケーション本来の機能に必要なクッキーに加え、ロードバランサーや監視ツールが挿入した複数の「可観測性クッキー」が含まれるようになる。すると、ブラウザが次にサーバーへリクエストを送る際、これらの追加されたクッキーも含めてHTTPリクエストヘッダーに格納し、サーバーへ送信する。これにより、HTTPリクエストヘッダー全体のサイズが肥大化してしまうのだ。

HTTPリクエストはネットワークを通じて送信されるが、ネットワークには一度に送れるデータの最大サイズ「MTU（Maximum Transmission Unit）」という制約がある。このMTUは、ネットワーク上で効率的にデータを転送するための重要な基準だ。もしHTTPヘッダーのサイズがMTUを超えてしまうと、データは一つのまとまりとして送ることができず、複数の小さな「パケット」に分割（フラグメンテーション）されて送られることになる。

このフラグメンテーションは、ネットワーク通信の効率を大きく低下させる。具体的には、以下のような悪影響を引き起こす。

まず、ネットワーク帯域の無駄遣いだ。同じ情報量であっても、データが分割されれば、それを包むためのヘッダー情報（パケットヘッダー）が各パケットに付加されるため、全体としてより多くのパケットが必要となり、ネットワークの帯域を余分に消費してしまう。

次に、レイテンシ（遅延）の増加だ。パケットが細かく分割されて送られると、送信元から受信元へデータが完全に届くまでに時間がかかる。これはユーザーが体感する通信速度の遅延に直結する。さらに、途中でパケットが一つでも失われた場合、受信側は全てのパケットが揃うまで待機し、失われたパケットの再送要求を行う必要があるため、さらに遅延が増大する。

最後に、処理負荷の増大も無視できない。サーバーやルーター、ファイアウォールといったネットワーク機器は、分割されて届いた複数のパケットを適切に処理し、元のまとまったデータに再構築するために、余分なCPUリソースやメモリを消費することになる。これは、システムの応答速度全体に悪影響を与え、サービス提供能力を低下させる可能性がある。

このように、システムの可観測性を高め、利便性を追求するために導入されたロードバランサーのクッキーが、意図せずしてHTTPヘッダーの肥大化を招き、結果としてネットワーク効率の低下やシステムの応答遅延といった深刻なパフォーマンス問題を引き起こすことがある。システムエンジニアは、一見すると無害に見えるこれらの技術的な要素が、複雑なシステム環境下でどのように相互作用し、全体に影響を与えるのかを深く理解し、常に隠れたコストに注意を払う必要がある。パフォーマンスと可観測性は、適切にバランスを取りながら実装されるべき重要な要素なのだ。