アプリケーションのスケーラビリティ – 長期的な成功に向けたアプリケーションの将来性の確保

ユーザーの正確な要件を調査し、ユーザーの期待に応える機能を追加し、没入型デザイン内にすべてのエクスペリエンスを詰め込んだ後にフィンテック アプリケーションや e コマース アプリケーションを構築するところを想像してみてください。 アプリケーションの成功のために費やした努力とプロモーションを経て、アプリケーションが市場に投入されます。

すぐに、アプリのダウンロード数が最初のピークに達した後、目に見える (わずかに異常な) 速度でダウンロード数が減少し始めていることがわかります。 ソフトウェア テスト チームを稼働させた後、その理由が明らかになります。アプリケーションのスケーラビリティが、アプリケーションのパフォーマンス低下の問題につながっているということです。

スケーラブルなアプリケーションを構築する利点は、どれだけ強調してもしすぎることはありません。 スケーラビリティのアプローチで構築されたアプリ (Web またはモバイル) は、以下の点でビジネスに役立つことが知られています。

• 変化に対応したエコシステム
• ポジティブなユーザーエクスペリエンス
• リソースの最適化によるコスト削減
• 高いROIが得られる可能性が高まる

これを他の多くの利点とともに達成するには、アプリケーションをスケーラブルに構築することが重要です。

この記事では、アプリを将来も使えるものにすることを目的として、アプリ開発におけるスケーラビリティのさまざまな側面を見ていきます。

しかし、まず最初に。

アプリのスケーラビリティについていつから心配し始めるべきでしょうか?

モバイル アプリ開発におけるスケーラビリティとは、アプリのパフォーマンスを犠牲にすることなく、高トラフィック、大容量のデータ ストレージ、より高度な計算要件など、より大きなワークロードやユーザーの需要を管理する機能を作成することです。

しかし、行動を開始する時期が来たことを示す警告サインは何でしょうか?

• パフォーマンスの問題が増加しています。 読み込み時間が遅い、タイムアウトが一定になる、または頻繁にシステム エラーが発生する場合は、アプリが重いワークロードに苦しんでいることを示しています。
• リソースは定期的にピーク容量で動作しています。 インフラストラクチャが限界ぎりぎりの状態 (たとえば、CPU、メモリ、ストレージ、またはネットワークの最大使用率) で動作すると、頻繁なダウンタイムやパフォーマンスの低下が発生する可能性があります。
• トラフィックのピークとネットワーク遅延が高くなります。 ユーザー負荷が大きいときに遅延が大きい場合は、モバイルまたは Web アプリケーションがそのインフラストラクチャの能力を超えて、サービスの低下を引き起こすことを意味する可能性があります。
• ビジネスを拡大しています。 機能の導入や新しい市場への参入を計画している場合、増大する需要に応え、ビジネスの成長規模をサポートするには、アプリのスケーリングが不可欠になります。

アプリケーションのスケーリングにはどのようなオプションがありますか?

スケールする時期が来たと判断したので、実行する必要があるオプションを見てみましょう。

1. 垂直スケーリング

これは、アプリケーションにさらに大きなアーキテクチャ機能を与えることです。 ここでは、CPU パワー、ストレージ、またはメモリを強化してサーバーの容量を強化します。 無限のハードウェア アップグレードには制限があるため、小規模なアプリに最適です。

2. 水平方向のスケーリング

アプリには、リソースと運用負荷を共有するさまざまな機能があります。 これは、アプリケーションのスケーラビリティの一般的なタイプの 1 つであり、アプリケーションにサーバーまたはインスタンスを追加する必要があり、運用上の回避策が広がります。 これは、多数のユーザーを抱える大規模なアプリに最適であると考えられており、スムーズな動作を維持する必要があります。

3. マイクロサービス

アプリをパズルとして想像してください。すべてのパズルのピースが個別のサービスとして機能します。 マイクロサービスによるモバイル アプリのスケーリングとは、アプリをいくつかの部分に分割し、必要な部分に応じてスケーリングできるようにすることです。

4. サーバーレス

アプリのメンテナンスをまったく心配する必要がないシナリオを想像してみてください。 ソフトウェアは必要なときに動作します。 これが、スケーラブルな Web アプリケーションを構築するサーバーレス モデルの意味です。 アプリのスケーリングを直接処理します。 コスト効率が高く、予測不可能なワークロードに最適であると考えられています。

アプリケーションの目標に応じて、さまざまなタイプのアプリケーションのスケーラビリティの選択をユーザーに任せますが、アクティビティにアプローチする方法はほぼ同じです。

ここでは、Web とモバイルのカテゴリに分けて、スケーラブルなアプリケーションを構築するために適用できるさまざまな方法とヒントを紹介します。

スケーラブルなモバイル アプリケーションを構築するためのヒント

アプリ開発におけるスケーラビリティは、一連のアプローチを通じて導入できます。 ここでは私たちがフォローしているもののいくつかを紹介します。

1. データストレージのスケールアップ

アプリ開発におけるスケーラビリティの最も困難な側面の 1 つはデータベースです。 中心的な課題は、CAP アプローチを検討することで理解できます。

• 一貫性– すべての読み取りで最新の書き込みまたはエラーが発生します。
• 可用性– すべてのリクエストは、最新の書き込みがあるという保証なしで、(エラーではない) 応答を受け取ります。
• パーティション耐性- ノード間のネットワークによって任意の数のメッセージがドロップ (または遅延) されても、システムは動作します。

データベースシステムでは上記の3点のうち2つしか選択できません。 たとえば、一貫性と可用性を重視する場合は、パーティション耐性を放棄することになります。 その結果、データベース システムは単一ノード インスタンスを生成します (フォールバック/読み取り専用ミラーを使用する可能性があります)。

ハードウェアに取り組む前に、ソフトウェアの最適化を考慮する必要があります。 通常、データベースのクエリと書き込み操作は簡単に最適化できます。 これにより、必要なハードウェアのコストが節約されるだけでなく、アプリがより多くのユーザーを管理できるようになります。 最後に、より少ないリソースでより多くの成果を達成するために、効果的なキャッシュ レイヤーを追加することをお勧めします。

2. スケールファイルストレージ

データ ストレージと同様に、分散ファイル ストレージについても計画する必要があります。 ネットワーク接続ストレージ (NAS) またはストレージ エリア ネットワーク (SAN) の利用はオンプレミス システムに役立ちますが、クラウド サービスを使用することもできます。

クラウド プロバイダーは、キャッシュ、地理的分散、チェック、断片化などを含むファイル管理専用のサービスを提供しており、ファイル アクセスのポリシーの設定も可能です。

ここで注意すべき重要な点は、特にモバイル アプリを大規模に構築している場合、クラウドのコストが急速に高くなりすぎる可能性があるため、予期せぬ事態を避けるために、予想される帯域幅を事前に計算していることを確認してください。

3. トラフィックの最適化

ファイルとデータ ストレージが分散され、拡張が容易になったとしても、アプリがその能力を最大限に発揮できない可能性があります。 これは、単一のエントリ ポイントがボトルネックを形成しているために発生する可能性があります。 モバイル アプリ開発のスケーラビリティを計画する場合、これに対処する方法が 2 つあります。

DNS ローテーションにより、ドメインに送信されるすべてのリクエストを 1 つの IP だけが受信するという状況が解消されます。

もう 1 つの手法は、トラフィックを複数の実行中のイベントに転送するための Kubernetes の組み込みロード バランサーのようなロード バランシングです。 この点でも、クラウド プロバイダーのパートナーシップが役立つと考えられます。 ロードバランサーを使用するサービスがあります。 たとえば、AWS では、Amazon Elastic Load Balancer を使用してすべての受信トラフィックを分割できます。

4. 新しい市場に備える

現在の市場を超えてアプリを開発するためにモバイル アプリ開発のスケーラビリティを準備する場合は、Unicode による言語サポート、文化的要素、合法性などのローカリゼーションに焦点を当ててください。 市場拡大アプローチを成功させるには、GDPR などの現地規制を遵守した上で、現地市場調査を実施することも必要になります。

さらに、場所に関係なく、静的コンテンツがユーザーに迅速に配信されるようにするには、CDN サービスを利用します。 これは、遅延を短縮し、ユーザー エクスペリエンスを向上させるのにも役立ちます。

5. 効率的なデータ管理による拡張

スケーラブルなアプリケーションを構築するときの主な目的は、増大するユーザー ベースとそれに伴う大量のデータを管理することです。 MongoDB や Cassandra など、アプリケーションに合わせて成長し、大規模なデータセットを効果的に処理するスケーラブルなデータベース ソリューションを実装することで、これに対処できます。

インデックス作成やデータシャーディングなどのデータベース最適化アプローチを使用して、データセットへの高速アクセスとアプリのパフォーマンスの維持を確保することもできます。

6. インフラストラクチャの拡張性の計画

インフラストラクチャは、成長からパフォーマンスの低下を差し引いたものに対応する必要があります。 ここでは、Google Cloud の Compute Engine や AWS Elastic Compute Cloud (EC2) などのクラウドベースのソリューションを使用することをお勧めします。これらは増大する負荷を管理するためのオンデマンドのスケーラビリティを約束します。

また、モバイル アプリをスケーリングするこのフェーズでは、Kubernetes によるオーケストレーションや Docker によるコンテナ化などの手法を実装でき、これによりサービスのスムーズなスケーリングとリソースの効率的な使用につながります。

7. ユーザーベースを知る

モバイル アプリをスケーリングする際に注意すべき最後の重要な要素は、ユーザー ベース、つまりアプリの使用パターン、ピーク時間、お気に入り/頻繁に使用する機能、および課題を深く理解することです。 アンケート、分析ツール、フィードバックを通じてこの一連の情報を収集します。

これらのユーザー中心のデータ ポイントは、モバイル アプリを拡張するときにどの機能を優先する必要があるかを知らせるのに役立ち、ソフトウェアがユーザーの進化する要件に確実に適合するようにします。

スケーラブルな Web アプリケーションを構築するためのヒント

Web アプリケーションのスケーラビリティは、さまざまな要因によって影響されます。

• デザインと建築
• リソースとインフラストラクチャー
• トラフィックパターンとユーザーの行動
• API およびその他のサードパーティ サービス
• コードの有効性と最適化。

それを確実に完璧に実現するには、一連のヒントを適用する必要があります。

1. 最適なハードウェアを選択する

ハードウェアの選択によって、Web アプリケーションの基礎が決まります。 企業は、長期にわたる分散データベース サービスの拡張を支援できるリソースを導入する必要があります。

選択するハードウェアには、メモリや CPU 使用率などの重要な指標が明確に示されている必要があります。これは、あらゆる段階でのスケーラビリティの必要性を判断するのに役立つ情報セットです。

2. マイクロサービス アーキテクチャを選択する

モノリシック アプリケーションは密結合される傾向があり、複雑になる可能性のある大規模なコード ベースが含まれています。 また、このアーキテクチャは、アプリケーション全体に影響を与えることなく、必要に応じて単一コンポーネントのスケーリングを制限します。 さらに、モノリシック アーキテクチャ上に構築されたアプリケーションのスケーリングは、コストがかかる可能性があります。

マイクロサービス アーキテクチャを使用すると、アプリケーションのコードベースがワークロード要件に合わせて独立したモジュールに分割されるため、必要な Web 要素のみをスケーリングできます。

[こちらもお読みください: サーバーレス vs マイクロサービス – 企業はどちらのアーキテクチャを選択する必要がありますか?]

3. システムにキャッシュを導入する

データ量の多い Web アプリケーションはパフォーマンスを制限する傾向があります。 これに対する解決策はキャッシュです。 キャッシュはデータを短期間保存します。これにより、今後データに対して行われるすべてのリクエストがより迅速にクライアントに提供され、クライアントが何かをリクエストしたときにデータベースへの接続やクエリへの依存がなくなります。 これは、総クエリ時間を短縮し、より高速なデータ アクセスを提供するため、読み取り集中型の Web アプリケーションをスケーリングする場合にも効果的です。

キャッシュ戦略を選択するときは、それがデータの性質と一致していることを確認することが重要です。 たとえば、データが頻繁に変更される場合、画像や HTML などの静的資産にコンテンツ配信ネットワーク (CDN) を使用するなど、戦略はデータベースの更新と一致している必要があります。

4. ロードバランサーを使用する

Web アプリケーションをスケーリングするためのもう 1 つの戦略は、ロード バランサーを実装することです。 このアプローチは、高速処理のために複数のサーバーに向けて受信リクエストを戦略的にルーティングすることでトラフィック分散を最適化します。

5. 適切なデータベースを選択する

データベースは、Web アプリケーションのスケーラビリティ プロセスに不可欠な部分です。 「正しいデータベース」の選択と定義は、ビジネスが保存する必要があるデータの種類に完全に依存します。

参考までに、Appinventiv ではリレーショナル データを扱う場合、Microsoft SQL、MySQL、PostgreSQL のいずれかを選択することを推奨していますが、非構造化データの使用については、MariaDB や MongoDB などの NoSQL データベースのような提案が出されています。

[こちらもお読みください: MongoDB と MySQL: どちらのデータベースがビジネスに適していますか]

6. API ファーストのアプローチを採用する

この戦略により、API は Web アプリケーション開発のモジュール化された個別の部分になります。 これにより、アプリケーションの機能に API を通じて完全にアクセスできることが保証されます。 また、このプロセスにより、Web アプリケーションのスケーリングも容易になります。これは、細分化された小さなパーツから構築されたアプリは、必要なパーツのみを操作することで効率的にスケーリングできるためです。

API ゲートウェイは、Web アプリケーションの単一のエントリ ポイントとして機能する傾向があります。 ユーザーから受信したさまざまなリクエストをマージし、それらを正しいエンドポイントにルーティングします。 次に、ゲートウェイは複数のリクエストから受信した出力をエンド ユーザーに送信する前にマージするため、Web アプリとそのユーザーの間の対話の数が減ります。

7. 多層ソフトウェア アーキテクチャの構築

このアーキテクチャでは、Web アプリはアプリケーション サーバー、Web サーバー、データベース サーバーなどの複数の層に分割されます。 各層は複数のハードウェアおよびサーバー上で個別に実行されるため、スケーラブルな Web アプリケーションを構築するプロセスが簡単になります。

多層ソフトウェアのアプローチにより、他の層のパフォーマンスに影響を与えることなく、各層のサーバーまたはハードウェア構成を変更することもできます。 これは、影響を受ける層にのみ変更が加えられるため、コスト効率の高いソリューションであることもわかります。

スケーラブルなアプリケーションを構築するときに直面する可能性のある課題は何ですか? 提案されたソリューションとは何ですか?

ここでは、モバイル アプリ開発のスケーラビリティを計画する際に遭遇する可能性のあるいくつかの課題と、その解決方法を紹介します。

現在のアーキテクチャの拡張性のなさ

設計が不十分なアーキテクチャまたはモノリシック アーキテクチャに基づいて構築されたアプリは、レガシー テクノロジとコンポーネントの緊密な結合に依存しているため、大規模な再作業を行わずにモバイル アプリ開発でスケーラビリティを実装することが困難になる可能性があります。

ここで私たちが従う解決策は、ソフトウェアをマイクロサービス、または独立したアプリ コンポーネントのデプロイ、スケーリング、管理を容易にするサービス指向アーキテクチャに移行することです。

データの不整合

アプリケーションが処理するデータが増えるほど、アプリケーションをスケーリングする上で一貫性を確保することがより困難になります。 これは、同じ情報の異なるバージョンが最終的に異なるサーバーに保存される可能性がある分散システムに特に当てはまります。 その結果、情報が古くなり、価値観が矛盾することになります。

これを管理するために、当社では効率的なデータ同期アプローチを実装しています。 最良のデータベース アーキテクチャの使用、分散コンセンサス プロトコルの統合、競合解決アプローチの適用は、すべてのアプリケーション コンポーネント間でデータの一貫性を保証するいくつかの方法です。

リソースの制約

メモリ、計算能力、ストレージ、ネットワーク帯域幅の制限は、Web アプリケーションのスケーラビリティに影響を与える傾向があります。 たとえば、リソースが少ないと、使用のピーク時にアプリのパフォーマンスが低下する可能性があります。

これを回避するために、私たちはリソースの使用状況を継続的に追跡し、需要に合わせて最適化します。 さらに、リソース割り当ての点で柔軟性が高まるため、適切にプロビジョニングされたスケーラブルなクラウド インフラストラクチャに投資することをお勧めします。

セキュリティの脆弱性

Web アプリケーションやモバイル ソリューションを拡張する過程で、システムは攻撃やセキュリティ侵害にさらされる可能性があります。 ソフトウェアが大きくなると、ハッカーがアプリのコード、データ処理プロセス、インフラストラクチャの問題を悪用する可能性があります。

これを防ぐために、私たちはさまざまなアプローチに従います。

• 安全なコーディングの実践
• 定期的、時間指定および自発的なセキュリティ評価
• 厳格な侵入テスト
• 強力な認可および認証メカニズム
• すべての API とサードパーティ ソフトウェアが既知の脆弱性に対して更新されていることを確認します。

これらの手順は、アプリケーションとユーザーを潜在的なサイバー脅威から保護するのに役立ちます。

アプリケーションのスケーラビリティにかかるコストが高い

アプリケーションをスケーリングするために単一または別の方法を採用すると、必然的にライセンスとサブスクリプションの費用が増加する可能性があります。 ただし、アプリ開発でスケーラビリティを無視すると、リソースが過剰にプロビジョニングされる危険があり、不必要な費用やパフォーマンスの課題が増大するため、無視される量ははるかに多くなります。

コストを効率的に処理するには、実際の使用傾向に基づいてスケーリングの戦略を慎重に立て、コストとパフォーマンス効率のバランスを取るように変更する必要があります。

これらのスケーラビリティ関連の障害を正常に修正するには、アプリの要件とアーキテクチャ、プロアクティブな計画、およびアプリケーションの成長に伴う継続的な監視に関する包括的な知識が必要です。 ここで、大規模なモバイル アプリの構築で実績のある Appinventiv のような信頼できるソフトウェア開発会社と提携することが大きな違いを生むことができます。

Fintech アプリケーションの拡張を支援した例を次に示します。

カナダに本拠を置くフィンテックのスタートアップ企業から、Web およびモバイル アプリの開発サービスについて当社に連絡がありました。 彼らの短期的な目標は投資家から資金を調達することであり、そのために MVP から始めて、仮説検証に基づいて規模を拡大したいと考えていました。

これを達成するために、私たちは膨大なトラフィック負荷を処理できるスケーラブルで強力なアーキテクチャを構築しました。 私たちの開発チームは、Storybook と React Native を使用して、2 週間という厳しいスケジュールで MVP を構築しました。 このアプリが高い注目と需要を持ち始めたとき、私たちは完全なバックエンドを React に移行し、Web サイトとモバイル アプリケーションの間で簡単にコードを共有できるようにしました。

現在、このアプリのダウンロード数は 100 万件を超えていますが、パフォーマンスに問題がある兆候はありません。

よくある質問

Q. アプリケーションのスケーラビリティとは何ですか?

A.アプリのスケーラビリティは、パフォーマンスや信頼性を犠牲にすることなく、増大するワークロードやユーザーの要求を管理するアプリケーションの能力を定義します。

Q.なぜスケーラブルなアプリを構築するのですか?

A.スケーラブルなアプリを構築することは、次のような複数の理由から重要です。

• 突然の成長に対処する
• パフォーマンスを維持する
• コスト効率
• ビジネスの将来性を保証
• 競争上の優位性

Q. アプリケーションを拡張するにはどうすればよいですか?

A.アプリケーションをスケーリングするプロセスは、モバイル プラットフォームと Web プラットフォームで異なります。 Web アプリケーションをスケーリングする場合は、マイクロサービス アーキテクチャの選択、キャッシュの使用、適切なデータベースの選択、API ファーストのアプローチの採用を検討できます。 モバイル アプリの場合、データとファイル ストレージのスケーリング、トラフィックの最適化、効率的なデータ管理によるスケーリング、インフラストラクチャのスケーラビリティの計画などの戦略を選択できます。