企業アーキテクチャの分野において、アーキテクチャパターンは一般的な問題に対する効果的な解決策を構築するための重要なツールです。パターンは構成要素を文脈に置く方法を提供し、過去に実績のある解決策を設計するためのブループリントをアーキテクトに提供できます。この記事では、TOGAF ADMの文脈におけるアーキテクチャパターンの概念を検討し、ビジネスアプリケーション開発の文脈におけるアーキテクチャパターンの例を提示します。
アーキテクチャパターンとは何か
「パターン」とは、「ある実用的文脈で有用であった考えであり、おそらく他の文脈でも有用であろう」と定義されています（出典：M. フォーラー著『分析パターン－再利用可能なオブジェクトモデル』）
TOGAF標準において、パターンは構成要素を文脈に置く方法と見なされています。たとえば、問題に対する再利用可能な解決策を記述するためです。構成要素はあなたが使うものであり、パターンはそれらの使用方法、使用タイミング、使用理由、そしてその際の妥協点を教えてくれます。
パターンは、過去に効果的な解決策を提供することが証明されたアーキテクチャおよび／またはソリューション構成要素（ABB/SBB）の組み合わせをアーキテクトが特定するのを支援する可能性を秘めており、将来の効果的な解決策の基盤となる可能性もあります。
パターン技法は、建築家であるクリストファー・アレクサンダーによって、1979年に出版された『永遠の建築の方法』の中でそのアプローチが説明されたことから、一般的に価値あるアーキテクチャ設計技法として確立されていると認められています。この本はパターンの使用に関する考えの導入を提供し、アレクサンダーはその後、『パターン言語』と『オレゴン実験』という2冊の追加書籍を出版し、パターンアプローチの特徴と利点についてさらに詳しく説明しました。
TOGAF ADMにおけるアーキテクチャパターン
アーキテクチャ開発手法（ADM）は、オープングループのTOGAF標準の重要な構成要素であり、企業アーキテクチャの構築と管理のためのフレームワークを提供します。ADM内では、アーキテクチャパターンは、一般的な問題に対する検証済みの解決策をアーキテクトが特定し、効果的なアーキテクチャの開発を加速するための強力なツールです。
本質的に、アーキテクチャパターンとは、実際の現場で実績があり、実用的に効果を発揮することが証明された問題に対する再利用可能な解決策の記述にすぎません。上記の定義が示すように、パターンとは、ある文脈で有用であった考えであり、他の文脈でもおそらく有用であろうというものです。パターンは、システム全体の構造を記述する高レベルのアーキテクチャパターンから、個々のコンポーネントの実装方法を記述する低レベルの設計パターンまで、さまざまな抽象度の解決策を記述するために使用できます。
アーキテクチャパターンを使用する主な利点の一つは、過去に効果的な解決策を提供することが証明されたアーキテクチャ構成要素（ABB）またはソリューション構成要素（SBB）の組み合わせをアーキテクトが特定できる点です。これにより、各新規プロジェクトでゼロから始めることなく、アーキテクチャ開発の出発点を提供することで、時間と労力を節約できます。
さらに、アーキテクチャパターンは、アーキテクチャの整合性と一貫性を確保するのに役立ちます。一般的な問題に対する解決策をパターンを使って記述することで、組織全体で使用できる共通の言語や概念を構築できます。これにより、誤解を避け、すべての人が共通のアーキテクチャビジョンに向かって作業できるようにします。
パターン技法は、建築家であるクリストファー・アレクサンダーによって、『永遠の建築の方法』という著書でそのアプローチが説明されたことから、価値あるアーキテクチャ設計技法として確立されています。アレクサンダーの考えは、その後『パターン言語』と『オレゴン実験』という2冊の追加書籍でさらに発展されました。
企業アーキテクチャの文脈では、さまざまな種類のアーキテクチャパターンを使用できます。最も一般的なものの例を以下に示します：
- リファレンスアーキテクチャ – これらはシステムやアプリケーションの全体的な構造を記述し、アーキテクチャ開発の出発点を提供します。
- ソリューションパターン – これらは、ABBとSBBの組み合わせを使って特定の問題をどのように解決できるかを記述します。
- プロセスパターン – これらは、アーキテクチャの開発と実装におけるベストプラクティスや一般的なワークフローを記述します。
- デザインパターン – これらは個々のコンポーネントの設計および実装方法を記述し、アーキテクチャ全体にわたって一貫性と保守性を確保するのに役立ちます。
アーキテクチャパターンは、効果的で効率的な企業アーキテクチャを構築しようとするアーキテクトにとって強力なツールです。一般的な問題に対する検証済みの解決策を特定することで、アーキテクトは時間と労力を節約しつつ、アーキテクチャの一貫性、整合性、および組織の目標や目的との整合性を確保できます。
アーキテクチャパターンを文書化するためのテンプレート
1. パターン名
パターンの問題を明確に伝えることができる説明的な名前です。
2. 問題
パターンが対処しようとしている問題や課題の説明です。明確かつ具体的であり、パターンの文脈を提供する必要があります。
3. 文脈
パターンが使用される予定の文脈の説明です。組織、開発中のシステムやアプリケーション、および関連する制約や制限についての情報を含める必要があります。
4. 解決策
パターンが提供する解決策の説明です。明確かつ具体的であり、第2項で述べた問題に対処するためのパターンの使用方法を説明する必要があります。
5. 利点
パターンを使用する利点の説明です。パターンが問題に対処するのにどのように役立つかを説明し、その有効性を裏付ける証拠を提供する必要があります。
6. デメリット
パターンを使用する際にはどのようなトレードオフや妥協が必要かを説明する。これには、パターンの制限や欠点、および管理しなければならないリスクを含めるべきである。
7. 実装
パターンの実装方法について説明する。これには、パターンの適用方法に関するガイドライン、および関連する例や使用事例を含めるべきである。
8. 関連するパターン
現在のパターンと併用して有用な関連するパターンのリスト。これには、密接に関連するパターン、または現在のパターンと組み合わせて使用できるパターンを含めるべきである。
9. 参考文献
パターンの開発に使用した参考文献や出典のリスト。これには、関連する出版物、記事、その他のリソースを含めるべきである。
このテンプレートを使用することで、アーキテクトは、異なるプロジェクトや文脈で簡単に共有・再利用できる明確で効果的なアーキテクチャパターンを作成できる。
ビジネス文脈におけるアーキテクチャパターンの例
ビジネスアプリケーション開発の文脈におけるアーキテクチャパターンの例を検討しましょう。
ある企業が顧客関係を管理するための新しいウェブベースのアプリケーションを開発する必要があると仮定する。その際の主な課題の一つは、アプリケーションがスケーラブルであり、多数の同時ユーザーに対応できることを保証することである。
上記のアーキテクチャパターンのテンプレートを使用することで、この問題に対処するためのパターンを作成できる。
1. パターン名：スケーラブルなウェブアプリケーション
2. 問題：多数の同時ユーザーを処理できる顧客関係管理用のウェブベースのアプリケーションを開発すること。
3. 文脈：企業は顧客関係を管理するための新しいウェブベースのアプリケーションを開発する必要がある。このアプリケーションは多数のユーザーによってアクセスされ、ピーク時の利用状況を処理できるスケーラビリティを備えなければならない。
4. 解決策：スケーラブルなウェブアプリケーションパターンは、多数の同時ユーザーを処理できるウェブベースのアプリケーションを開発するための解決策を提供する。このパターンの主な要素には以下が含まれる：
- 負荷分散：複数のサーバーに着信要求を分散させ、単一のサーバーが過負荷にならないようにする。
- キャッシュ：頻繁にアクセスされるデータをメモリ内キャッシュに格納し、データベースへの負荷を軽減する。
- 水平スケーリング：負荷の増加に対応するためにインフラに追加のサーバーを追加する。
- データベースシャーディング：データベースを小さなパーティションに分割し、複数のサーバーに負荷を分散する。
5. 利点：スケーラブルなウェブアプリケーションパターンを使用することで、企業はアプリケーションがパフォーマンスの問題やダウンタイムを起こすことなく多数の同時ユーザーを処理できることを保証できる。これにより、アプリケーションが常に利用可能であるため、顧客満足度が向上し、収益が増加する。
6. デメリット：スケーラブルなウェブアプリケーションパターンを実装するには追加のインフラとリソースが必要であり、コストが増加する可能性がある。また、負荷分散やキャッシュの実装はアプリケーションアーキテクチャに複雑性を加える可能性がある。
7. 実装： スケーラブルなWebアプリケーションパターンを実装するには、会社はNGINXなどのロードバランサーの使用を検討し、RedisやMemcachedなどの技術を用いたキャッシュの実装、AWSやAzureなどのクラウドプラットフォームを用いたアプリケーションの水平スケーリングを検討すべきである。データベースのシャーディングは、MongoDBなどのデータベース技術を用いて実装できる。
8. 関連するパターン：スケーラブルなWebアプリケーションパターンと併用して有用な関連パターンには、次のものがある。
- マイクロサービスアーキテクチャ：アプリケーションをより小さく、管理しやすいサービスに分割し、それぞれを独立してスケーリング可能にする。
- APIゲートウェイ：アプリケーションのサービスにアクセスするための単一のエントリーポイントを提供し、トラフィックを管理する。
9. 参考文献：スケーラブルなWebアプリケーションパターンの開発に役立つ可能性のある参考文献には、次のものがある。
- High Scalability（ブログ):
- Cal Henderson著『スケーラブルなWebサイトの構築』（書籍）
このアーキテクチャパターンを用いることで、会社は顧客関係を管理するためのスケーラブルなWebアプリケーションを開発する時間と労力を節約できる。このパターンは一般的な問題に対する検証済みの解決策を提供し、会社の特定のニーズや制約に簡単に適応できる。
シングルサインオンにおけるアーキテクチャパターンの例
以下に、シングルサインオン（SSO）の文脈におけるアーキテクチャパターンの例を示す。
1. パターン名：シングルサインオン（SSO）
2. 問題：組織内の複数のアプリケーションが、ユーザーに対して個別に認証を要求しており、ユーザー体験の悪化とユーザーアカウント管理のための管理負荷の増加を引き起こしている。
3. 文脈：組織には、ユーザーが個別に認証を必要とする複数のアプリケーションがあるため、ユーザーは混乱や不満を感じている。組織は、ユーザーが一度認証すれば、すべてのアプリケーションに再び資格情報を入力せずにアクセスできるようにすることで、シームレスなユーザー体験を提供したいと考えている。
4. 解決策：シングルサインオンパターンは、ユーザーが一度認証すれば、再び資格情報を入力せずに複数のアプリケーションにアクセスできるようにする解決策を提供する。このパターンの主要な要素には、次のものがある。
- アイデンティティプロバイダー（IdP）：ユーザーを認証し、他のアプリケーションにアクセスするために使用できるトークンやアサーションを提供する中央集権的なサービス。
- サービスプロバイダー（SP）：IdPに依存してユーザーを認証し、IdPが提供するトークンやアサーションに基づいてアクセスを提供するアプリケーションまたはサービス。
- 標準プロトコル：SAML、OAuth、OpenID Connectなどの業界標準プロトコルを使用して、IdPとSP間の通信を可能にする。
5. メリット：シングルサインオンパターンを用いることで、組織はシームレスなユーザー体験を提供でき、ユーザーアカウント管理のための管理負荷を軽減できる。ユーザーは一度だけ認証すれば、複数の資格情報を覚える必要なくすべてのアプリケーションにアクセスできる。これにより、ユーザー満足度が向上し、ヘルプデスクのサポートコストが削減される。
6. デメリット：シングルサインオンパターンを実装するには、追加のインフラストラクチャとリソースが必要となり、コストが増加する可能性がある。また、既存のアプリケーションとの統合にはカスタム開発や設定が必要な場合があり、複雑さが増すことがある。
7. 実装： シングルサインオンパターンを実装するには、組織はSAML、OAuth、OpenID Connectなどの業界標準プロトコルをサポートするIDプロバイダーを選択すべきである。サービスプロバイダーは、認証および承認に関してIdPに依存するように設定すべきである。既存のアプリケーションは、IdPと統合される必要がある場合があり、その際にはカスタム開発または設定が必要となる可能性がある。
8. 関連するパターン：シングルサインオンパターンと併用して有用な関連パターンには以下が含まれる：
- フェデレーテッドID：シングルサインオンパターンを拡張し、組織やドメイン間での認証をサポートする。
- 属性ベースのアクセス制御：IdPから提供されるユーザー属性を活用して、アプリケーション内のリソースへのアクセスを制御する。
9. 参考文献：シングルサインオンパターンの開発に役立つ可能性のある参考文献には以下が含まれる：
このアーキテクチャパターンを活用することで、ユーザーが複数のアプリケーションにアクセスする際に再び資格情報を入力する必要がなくなるシングルサインオンソリューションを実装し、ユーザー体験の向上と管理負荷の低減を図ることができる。このパターンは一般的な問題に対する検証済みの解決策を提供しており、組織の特定のニーズや制約に容易に適合させることができる。
エンタープライズアーキテクチャパターンとソフトウェアアーキテクチャパターン
エンタープライズアーキテクチャパターンとソフトウェアアーキテクチャパターンは関連しているが、異なる概念である。
ソフトウェアアーキテクチャパターンは、個々のソフトウェアシステムやアプリケーションの設計および実装に焦点を当てる。システムのモジュール、インターフェース、相互作用などのソフトウェアコンポーネントの設計および実装に関するガイドラインやベストプラクティスを提供する。
一方、エンタープライズアーキテクチャパターンは、組織内の複数のソフトウェアシステムやアプリケーションの設計および整合に焦点を当てる。企業全体のアーキテクチャ、すなわちビジネスプロセス、データ構造、テクノロジーインフラストラクチャを設計および実装するためのガイドラインやベストプラクティスを提供する。
エンタープライズアーキテクチャパターンは、システム統合、相互運用性、スケーラビリティといった課題に通常対応するが、これらはソフトウェアアーキテクチャパターンでは通常カバーされない。また、ソフトウェアシステムが展開されるより広いビジネス文脈を考慮し、ITシステムを組織の目標や目的と一致させることが目的である。
エンタープライズアーキテクチャパターンの例には、サービス指向アーキテクチャ（SOA）、ビジネスプロセス管理（BPM）、エンタープライズ統合パターン（EIP）がある。一方、ソフトウェアアーキテクチャパターンの例には、モデル・ビュー・コントローラー（MVC）、マイクロサービス、レイヤードアーキテクチャがある。
ソフトウェアアーキテクチャパターン
ソフトウェアアーキテクチャパターンは、ソフトウェア設計において頻繁に発生する問題に対する再利用可能な解決策である。システムが堅牢で、スケーラブルかつ保守可能であることを保証するためのルールやガイドラインを定義することで、ソフトウェアシステムの設計および実装に構造的なアプローチを提供する。
ソフトウェアアーキテクチャパターンはシステムの高レベルな視点を提供し、その主要なコンポーネントとそれらの相互作用を特定する。これらのコンポーネント間の関係を定義し、それらがどのように通信し、協働すべきかに関するルールを提供する。
ソフトウェアアーキテクチャパターンを活用することで、開発者は新しいプロジェクトごとにゼロから始めず、検証済みの解決策を再利用できるため、時間と労力を節約できる。これにより、結果としてのソフトウェアの品質が向上し、開発時間とコストの削減にも寄与する。
ソフトウェアアーキテクチャパターンの例には、モデル・ビュー・コントローラー（MVC）、マイクロサービス、レイヤードアーキテクチャ、サービス指向アーキテクチャ（SOA）、イベント駆動型アーキテクチャ（EDA）がある。
以下に、人気のあるソフトウェアアーキテクチャパターンを示す。
- モデル・ビュー・コントローラー（MVC）パターン：このパターンは、アプリケーションをモデル、ビュー、コントローラーという3つの相互接続されたコンポーネントに分離することで、複雑さの管理と関心の分離を実現する。
- マイクロサービスアーキテクチャ：このパターンは、アプリケーションを開発、デプロイ、スケーリングが別々に行える小さな、独立したサービスに分割する。
- レイヤードアーキテクチャ：このパターンは、アプリケーションを論理的なレイヤーに分割し、それぞれがアプリケーション機能の特定の側面を担当することで、モジュール性と関心の分離を実現する。
- サービス指向アーキテクチャ（SOA）：このパターンは、サービスを基本的な構成要素として使用する分散システムを構築するためのアーキテクチャ的アプローチである。
- イベント駆動型アーキテクチャ (EDA)：このパターンは、システム内で発生するイベントの生成、検出、消費、反応に注目し、より柔軟でスケーラブルなアーキテクチャを実現します。
- ドメイン駆動設計 (DDD)：このパターンは、問題のドメインを記述するための共通の言語とモデルの使用を促進し、より保守性が高く、理解しやすいコードベースを実現します。
- ヘキサゴナルアーキテクチャ：このパターンは、中心核を中心にアプリケーションを構造化し、ポートとアダプタを用いて中心核と外部システム間の通信を可能にします。
- CQRS（コマンド・クエリ責任分離）：このパターンはアプリケーションの読み取りモデルと書き込みモデルを分離し、より効率的なクエリ処理とスケーラビリティの向上を可能にします。
- リアクティブアーキテクチャ：このパターンは、環境の変化に応じて反応できる耐障害性があり、スケーラブルで応答性の高いシステムを構築することを目的とした設計原則の集合です。
- クリーンアーキテクチャ：このパターンは、アプリケーションの異なる層間の関心事の分離に注目し、読みやすく、テストしやすく、保守しやすいコードの生成を目的としています。
要約
アーキテクチャパターンは、企業アーキテクチャにおける貴重な設計技法であり、アーキテクトが一般的な問題に対して効果的な解決策を設計する手段を提供します。過去に実績のある解決策の設計のためのブループリントを提供することで、アーキテクチャパターンはアーキテクトが時間とリソースを節約し、全体的な解決策の品質を向上させることができます。本記事では、ビジネスアプリケーション開発の文脈において、特にシングルサインオン（SSO）の文脈でアーキテクチャパターンの例を提示しました。シングルサインオンパターンを活用することで、組織はユーザーにとってシームレスな体験を提供し、ユーザーアカウントの管理にかかる管理負荷を軽減するとともに、ユーザー満足度の向上とヘルプデスクサポートコストの削減が可能になります。