astahでPJ管理もプロセス設計もアイデア発想も全て表現したい

astahでPJ管理もプロセス設計もアイデア発想も全て表現したい。
つまり、astahで描けるUML、データモデリング、マインドマップを駆使して、仕事のすべての場面でアイデア発想、アイデア収束、展開するパワポ資料のアウトラインまで作成したい。

【参考】
astah システム設計、ソフトウェア開発支援ツール | astah*

ダイアグラム思考 次世代型リーダーは図解でチームを動かす | 髙野 雄一

第4回astah関西勉強会の感想 #astahkansai｜akipii

astah*の因果ループプラグインがいいね: プログラマの思索

astahで使える無償プラグイン一覧

astah*のデータをiPadで持ち運ぶ | 雲の巣

【1】なぜ、astahをそんなに使いたいのか？

1つ目は、単純に僕はastahが好きだから。
PlantUML、Mermaidも良いが、直感的に絵を描きたい時、astahの方が手に馴染む。
EnterpriseArchitectも良いツールだし、多機能なので何でも描けるが、僕の感覚に合ってなかった。

2つ目は、モヤモヤした状況をいろんな観点で図示して、構造を見える化したいからだ。
システムやソースコードの分析だけではない。

日々の業務では、定常業務の手順や業務フローをアクティビティ図やDFDで描けば、誰に何をどのタイミングで渡せばいいのか、理解できる。

PJ管理では、PJのゴールや成功条件に対し、中間目標には何があって、それを解決する手段は何なのか、紐づけて可視化したい。
ステークホルダー分析では、アクターとなるステークホルダーと要求事項、期待値を紐づけて、どんなコミュニケーションを実施すればいいのか、色んな観点で案を探るために、ユースケース図でイメージしたい。
発生した問題に対し、その事象にはどんな要因が原因と結果の流れでつながっていて、因果ループ図のようなシステマティックな構造で発生している構造を可視化し、本来の真因やボトルくネックを特定することで、効果的な対策を実施したい。
展開するパワポ資料を作る時、いきなり書き出すのではなく、アウトラインや目次の構成を考えるために、メッセージやアイデアを発散して収集する。意味ある因果関係で整理するために、マインドマップを使いたい。

つまり、仕事のあらゆる場面で、astahを使うことで手順の可視化、計画の可視化、問題の可視化に使いたいのだ。

【2】では、astahをどの場面でどんな技法を使うと有効なのか、考えてみたい。

UML、データモデリングは一通り使える。

【2-1】個人的に好きなツールは、ユースケース図に因果ループ図の構造を把握してくれるプラグインだ。
因果ループ図を使う場面は、PJ管理上でQCDに関する問題が発生した時に、複数の事象や複数の原因がどのように因果関係でつながっているかを可視化して、ボトルネック特定や対策策定に役立つときだ。

astah*の因果ループプラグインがいいね: プログラマの思索

【2-2】最近、アクティビティ図にInput、Outputをオブジェクトとして追加し、DFDぽく表現するやり方をやってる。
一連の業務フローに帳票、システムへの入出力となる情報、メール送信などを入れると、理解しやすくなる。
単純なDFDは順序が表現されないので、その弱点を解決できるのもメリットだ。

【2-3】最近、チームの状態やチームの能力成熟度を状態遷移図で表現するやり方をやってる。
たとえば、ファシリテーションなら、会議の中で、チーム内の議論の状態が、共有→発想→収束→展開のように流れるので、そのまま状態遷移図で表現してしまう。
すると、どんなトリガーで次の状態に移るのか、条件を考える気づきがある。

この考えを進めると、CMMIの能力成熟度モデル5段階、マズローの欲求5段階説も同様に、状態遷移図で表せる。
1段上の能力に上がるにはどんなトリガーや条件を満たす必要があるのか、を表現できるわけだ。

【2-4】ユースケース図のうち、ロバストネス図の機能を使って、DFDみたいに書く時がある。
デマルコ記法のDFDよりもロバストネス図の方が、クラス図やシーケンス図にも連動しやすいので便利だ。

【2-5】マトリクスで4象限を表現したい時、アクティビティ図でレーンで枠を囲って、無理やり表現している。
迷うのは、4象限に配置した概念をアクティビティにするか、ノートにするかだ。
長い文字列で表現するときはノートにせざるを得ないが、アクティビティの方がそれらしく見えやすいので悩んでる。

【2-6】ユースケース図をアクティビティ図の代わりに業務フローで表す手段も試してる。
ユースケース図で業務の流れを表現するメリットは、アクターやInOutのオブジェクトをクラスやロバストネス図のオブジェクトなど、色んなツールで多彩に表現できることだ。
そもそも、アクティビティ図も本来は、一つのアクティビティがユースケースになり、そこからクラス図やシーケンス図へ落とされていくので、ユースケース図の方が詳細化する他の図に連動させやすいメリットがある。

【2-7】今度試したいのは、タイミング図だ。
たとえば、時系列で推移や変動をグラフで表現したい時がある。
タイミング図では、時系列に状態を表現できる機能があるので、時系列グラフをうまく表現できないか、考えている。

【2-8】マインドマップはアイデア発散に使える。
僕は、資料構成のアウトライン作成で使って、そこからパワポ出力する機能を愛用してる。
他に、たくさんの図を残していて、それらを整理するために、マインドマップにドラッグ・アンド・ドロップしてリンク集みたいに使っている。
マインドマップ上で、リンクされた図をカテゴリすればさらに見やすくなる。

【2-9】ER図にようやくパッケージ構造の機能が追加されたので、フォルダ分けすることで、複数のER図を作りやすくなった。
DBリバース、DBエクスポートプラグインを使えば、ExcelのDB定義書と同期できるので便利。

【2-9】astahの図を全てHTML出力するプラグインも入れた。
astahの100個以上の図を貯めているので、HTMLで出力してiPhoneやiPadに入れて、暇な時に読んでいる。
自分が書いた図なのに、後で読み返すと気づきがあってすごくいい。

DiagramToHTMLプラグイン | Astah

astah*のデータをiPadで持ち運ぶ | 雲の巣

【3】結論は、astahで全て書ききれると思う。

書きづらい場面は、マトリクスや表形式で詳細にまとめたい時、パワポ資料に描くポンチ絵だろう。
その辺りもまた解決方法を考えてみたいと思う。

astahでPJ管理もプロセス設計もアイデア発想も全て表現することで、自分のアイデアも手順も全て可視化したい。
そうすれば誰にでも説明できるし、自分の中でストーリーも作りやすい。
もっともっと試してみたい。

astahでPJ管理もプロセス設計もアイデア発想も全て表現したい

データモデリングとドメイン駆動設計の違いは何か

データモデリングとドメイン駆動設計の違いは何かを考えている。
アイデア段階で書き殴りのメモ。

【参考】
業務ロジックをデータモデリングはどこまで表現できるか？: プログラマの思索

「データモデル大全」は良い本だ: プログラマの思索

システム開発・刷新のための データモデル大 | 渡辺 幸三 |本

達人に学ぶDB設計徹底指南書 第2版 | ミック

【1】問題設定
僕は、データモデリングもドメイン駆動設計もどちらも好きだ。
データモデリングは生産管理や販売管理などの具体的な業務ドメイン知識をベースに、どんなER図を描くべきか、具体的な実現方法まで示唆してくれる。
ドメイン駆動設計は、オブジェクト指向設計をベースに、どんなプログラムに実装すべきかまで具体的な実装方法まで示唆してくれる。

しかし、双方の考え方や価値観には大きな相違があるように思える。
たとえば、クラウド上でシステム構築するのが当たり前の現代では、ドメイン駆動設計はマイクロサービス設計につながる設計手法として再定義されているように思える。
一方、データモデリングの手法は２０年以上前のやり方と全く変わらず、今のシステム設計の文脈で置き換えられる内容が伴っていないために、古臭い手法のように感じてしまう。

【2】データモデリングの観点ではマイクロサービス設計とは何なのか？
では、マイクロサービス設計やドメイン駆動設計の考え方をデータモデリングの観点で言い換えるとどんな説明になるか？
データモデリングはどんな新しい観点をもたらしてくれるのか？

【3】データモデリングのパターンやイディオムは何か？
ドメイン駆動設計ではパターンやイディオムがあって共通言語になっている。
開発者同士で会話する時に認識を共有できる。
たとえば、リポジトリ、集約、境界づけられたコンテキスト、など。

一方、データモデリングでは、関数従属性ぐらいしか概念がなく、モデリングに関する共通言語がないように思う。
だから、関数従属性というメタ的な内容でしか話せず、生産管理や販売管理、会計などの特定の業務領域で具体的な議論にはまり込んでしまい、何かすごいことが分かった気がするのに、それを上手く伝えられていないと思う。
データモデリングでも重要な概念はあるので、パターンやイディオムを提示すべきではないか。
そうすれば、開発者同士で共通言語を用いて議論できると思う。

業務ロジックをデータモデリングはどこまで表現できるか？: プログラマの思索

パターンやイディオムとしてあげて欲しいキーワードを挙げておく。
パターン言語にある状況・問題・フォース・解決方法・効果として整理できるはず。

・2次識別子とボイスコッド正規化
　2次識別子はもう一つの主キーなので、ボイスコッド正規化せざるを得ない。

・2次識別子とテーブルの抽象化・統合化
　具体例は動的参照関係、テーブルの派生関係になる

・2次識別子とサロゲートキー
　複合主キーを2次識別子にする

・サロゲートキーと強属性
　2次識別子（代替キー、Alternative key）は強属性（追加されたら削除されるまで更新不可）になる

・派生関係
　たとえば品番、取引先
　オブジェクト指向の継承関係とは異なる観点を明確化したい

・導出属性（作出属性）
　たとえば、在庫数とか
　渡辺式ER図では、導出属性をマスタ（リソース）に配置する例が多い
　リソースやイベントでない場合、サマリテーブルとしてバッチ処理で作る

・イベントとリソースの見分け方
　テーブルをイベントとリソースで区別できれば、ER図での配置基準が明確になる
　イベントには日付がある

・イベントの先行・後続関係の見分け方
　イベントのテーブルに順序関係が発生し、業務フローを書き起こせる
　データモデルから業務フローをイメージできるか
　ER図を見れば、業務フローを具体的にイメージできる
　ER図をベースに、業務フローやDFDを作成できるはず

・サマリテーブル、集計テーブルの作り方
　どのイベントからサマリテーブルや集計テーブルを作るのか？
　DWHの設計手法を整理できるか？

・動的参照関係と暗黙的リレーションシップ
　複数のテーブルを結合したときに、参照関係が発生する
　暗黙的リレーションシップになる
　ER図だけでは読解しづらく、開発基盤の上で動的参照関係を実現するしかない

・時限NULL
　レコード生成時はNULLだが、業務イベントを通じて値がセットされる
　一時的なNULLの項目なので、NULLの項目であっても存在を許す

・再帰構造とLLC
　LLC（Low Level Code）は、再帰となるツリー構造の深さを表す
　LLCを使って再帰構造のロジックをプログラム上で実装しやすくする

・もう1つの再帰構造
　階層構造は入れ子集合を使うと、ツリー構造をRDBに綺麗にマッピングできる

・フィーチャオプション
　テーブルに項目を横持ちで持たせるのではなく、縦持ちで持たせる構造にする
　リソース（マスタ）のテーブル設計で使われる
　◯区分、◯種別が項目で横持ちに増えるのを防ぐ

・制約条件や業務ロジックの表現
　業務のルール、業務ロジックを関数従属性を使って表現する
　業務ルールは、特定の組み合わせや特定の性質で表現される場合が多い
　そういう事象は、レコードという命題で表現されるので、関数従属性として表現されるべき
　渡辺式ER図では推移的関数従属を参照関係を使って上手く排除している

・◯◯区分や◯◯ステータスは状態遷移を表す
　テーブルにある◯◯区分や◯◯ステータスは、状態遷移を表すので状態遷移図を発生させる
　◯◯区分や◯◯ステータスは、開発基盤の上では、条件分岐を発生させる

・ActiveRecordとORマッピング、ORインピーダンスマッチング
　オブジェクト指向プログラミングとリレーショナルデータベースは異なるデータモデルを持つ。
　ActiveRecordはORインピーダンスマッチングを解決する一つの手法

チームトポロジーの感想～大規模アジャイル開発でも組織構造は大きく変化する

「チームトポロジー」を読んでみた。
ざっくり読んだだけなので理解が浅いと思うが、理解したこと、疑問に思ったこと、感じたことを書き残しておく。
ラフなメモ書き。

【1】「チームトポロジー」を読む前に、疑問を持っていた。

【1-1】1つ目は、「チームトポロジー」は大規模アジャイル開発の文脈で、どんな意義があるのか？
大規模アジャイル開発の書籍は、「SAFe 5.0のエッセンス スケールド・アジャイル・フレームワークによりビジネスアジリティーを達成する [ リチャード ナスター ]」「大規模スクラム Large-Scale Scrum(LeSS) アジャイルとスクラムを大規模に実装する方法 [ Craig Larman ]」などがあり、SAFeやLeSS、Scrum@Scaleなどの考え方もすでにある。
SAFeは官僚主義的だが実践的、LeSSはScrumをスケール化したものと理解している。
それらを踏まえて、「チームトポロジーは、大規模アジャイルの考え方の中でどのように位置づけられるのか？
従来の考え方を整理しただけに過ぎないのか、それとも、どんな新しい考え方をもたらしたのか、理解したいと思った。

【1-2】2つ目は、「チームトポロジー」はアジャイル開発にどんな新しい考え方をもたらしたのか？　
昔のアジャイル開発の考え方とどこが異なるのか？　
今の時代に即した開発チームや組織のあり方は何か？　
その時代に応じたアジャイル開発の文脈があると思っているので、若い人達がどんな考え方を持って感じているのか、理解したいと思った。

【2】チームトポロジーのテーマは、ソフトウェア組織はどのように進化させるべきか？と理解している。
事業を取り巻く外部環境はコロコロ変わる。
事業を支えるシステムも、コロコロ変わる外部環境や事業の発展速度、事業規模に振り回される。
そのような変化の激しい外部環境や事業環境では、従来のWF型開発ではついていけない。

コンウェイの法則は誰もが知っているが、実際に適用できる企業は非常に少ないと思う。
従来のWF型開発では、技術重視で層別に組織化されて、チームが分断されている。
インフラチーム、DBチーム、アプリチーム、UIチームとか。
1つのシステムをデリバリするのに複数チームが連携しないとデリバリできない、とか。

しかし、コンウェイの法則を適用できたとしても適用して成功できた期間は短いケースも多いと思う。
アジャイル開発を実践するチームが増えたとしても、事業が発展し事業規模が大きくなれば、業務が複雑化し、開発チームの増加やシステムの複雑性によって、じきに上手くいかなくなる。
本質的な複雑性をシステムもチームも抱え込む。

そこで、組織は、然るべきタイミングを見つけて、チームタイプを変えたり、チーム間IF（コミュニケーションスタイル）を変えていくべき。
「チームトポロジー」はそういうストーリーと理解した。

【3】「チームトポロジー」で重要な概念は2つ。
チームタイプとチームインタラクションモード。

【4】チープタイプは４種類ある。
バリューチェーンを構成する主要業務は、Stream-aligned teamが担当する。基本は一般的なアジャイル開発チームと思う。
チームトポロジーでは、Stream-aligned teamが6～9割は占めるだろうと言っている。
やはり、Stream-aligned teamが事業を動かすエンジン。

Stream-aligned teamを支える補助チームが3種類ある。Enabling teamは、特定の技術領域やプロダクト領域の専門家集団。能力ギャップを埋める役割を果たす。Azure専門家チームとか、火消しプロジェクトに入ったPMOチームみたいなイメージだろうか？

Platform teamは、Stream-aligned teamが相当な自律性のもとでデリバリーを可能にするチーム。インフラ基盤を提供したり、APIを提供するチームと理解した。クラウド基盤チーム、IoT基盤チームみたいなイメージだろうか。

Complicated Subsystem teamは、特別な知識に大きく依存しているシステムを構築維持する責任を持つチーム。長年維持した既存の基幹系システムを担当するチームのイメージだろうか。他に、機械学習チーム、AIチーム、音声処理チームなどの特殊技術だけの開発チームもあるだろうか。

【5】チーム間のコミュニケーションをシステム間のIF設計と同様に扱う。
それがチームインタラクションモード。

チームインタラクションモードは3種類ある。
チーム間のコミュニケーションをシステム間のIF設計と同様に扱うイメージと理解した。会話スタイルをAPIやプロトコルで例えると理解しやすいと思う。

コラボレーションは異なるスキルを持つ２チームが一緒に取り組む。探索して学習できるが、認知負荷が大きすぎる。コラボレーション税と本では書いている。新規事業ではどうしても複数チームが共同で開発してデリバリーするケースも多いだろう。アジャイル開発なら一般的なケースと思う。

X-as-a-Serviceはシステム部品がサービスとして提供される。提供チームと利用チームに分かれる。利用チームは、提供された部品や技術を信頼できるのでその分デリバリーが速くなる。前提は、サービス境界が正しく実装されていること。API提供チームの責務が大きい。
Platform teamの主な職務遂行モード。AWSやAzureが普及しているし、マイクロサービス設計されていれば、APIから部品を組み立てる感じですぐにデリバリーできるはず。

一方、ファシリテーションは、他チームに支援と能力を提供する。プラクティスや新技術の導入とか。Enabling teamの主な職務遂行モード。他チームが学習すること、
問題や障害を発見して取り除くことに対応する。
コーチするチームとコートされるチームに分かれるだろう。プロセス導入と普及、品質向上活動、新技術導入とか色々ケースはあると思う。

【6】チームタイプｘチームインタラクションモードのマトリクスで、チーム間のコミュニケーションスタイルを切り替える。たぶん製品ライフサイクル（PLC）で考えれば、チームタイプが変化するタイミングに気づきやすくなると思う。

たとえば、PLCの導入期は、単純な1チームのStream-aligned teamだけでいい。まだ新規事業を1個立ち上げたばかりだから、少人数のアジャイル開発チームで十分。
しかし、PLCの成長期に入ると、事業規模が拡大し、開発者も増えて管理職が管理監督するようになり、組織も複雑化してくる。

Stream-aligned teamの数が増えてチーム間IFが取れなくなる。例えば、Enabling teamが機械学習やAzureの技術やアジャイル開発のプラクティスをコーチングしたり、Platform teamがAPIやサービスを提供して、Stream-aligned teamが早期にデリバリーしやすくする仕組みが必要になってくる。
事業規模に応じて、チームを増やしていくが、チーム横断で支援する専門チームをアサインする必要があるわけだ。

そして、PLCの成熟期に入ると、複雑化した既存システムに対しComplicated Subsystem teamが専任してサービスを社内に提供し、他チームのデリバリーへの影響を避ける、とか。あるいは、機械学習、ロボティクス等の専門チームをComplicated Subsystem teamに割り当てて他チームにサービス提供するとか。

事業の主要業務に特化したStream-aligned teamだけではじきに対応できなくなる。最低限の共通基盤を抽出し、開発基盤やAPIを提供して素早いデリバリを支える専門家チームとしてPlatform teamが必要になる。

あるいは、業務が複雑化すれば、チーム間で能力のばらつきも出てくる。そこでコーチングして能力ギャップを解消するために、支援だけの専門チームとしてEnabling teamも必要になる。

【7】チームトポロジーは、大規模アジャイル開発で組織編成する時に、一つの指針になる。
いくら、リーン、スクラム、DevOpsが適用されてもまだ問題は残る、

安定して速くデリバリーするアジャイル開発チームを側面から支援したりコーチングしたりする専門家チームがやはり必要なのだ。
ただし、それは従来のWF型開発における層別に分けられた共通基盤チームと同義ではない。

【8】チームトポロジーを真に実践できる人のレベルは誰か？
CTOや事業部長クラスの人ではないかなと思う。
事業部制組織のトップが、担当するソフトウェア事業を成長させるために、どのタイミングでどのような組織構造に変えるべきか。

なぜなら、チームのメンバーもプロジェクトリーダーも、複数のチームを編成する権限を持っていない。
プロジェクトマネージャもせいぜい、大規模開発チームの傘下にある複数のサブチームを編成するぐらいの権限しか持っていない。
幅広く横断的にチームを統合したり、分割したり、新たな役割を割り当てることができるのは、CTOや事業部長レベルになるのではと勝手に推測する。

その意味では、チームトポロジーを習得する難易度は高いだろうと思う。
まず1つのチームでアジャイル開発を実践して成功できたうえで、大規模アジャイル開発も実践して、さらに複数のアジャイルチームをコントロールするノウハウが必要になるからだ。

【9】チームトポロジーを読む前では、大規模アジャイル開発の書籍では、コミュニケーションやモチベーションに関する組織文化に特化した話題が多い気がしていて、何か欠落している気がしていた。
たぶん組織構造の話題がなかったからだと思う。
チームトポロジーでは、組織構造のテーマを真正面に捉えている。その点は非常に有用だと思う。

チームの役割やチーム間のIFを種類分けし、「組織センシング」によって然るべきタイミングにチームタイプやチーム間のインタラクションモードを変えていくべき、という主張は非常に役立つ。
組織がしかるべき自覚を持って、チーム構造を進化させるタイミングに気づくべきなのだ。
組織構造を事業の変化やアーキテクチャの変化に合わせて変えていく手法として、有用な内容だと感じた。

モデリングの論点は、ソフトウェアをどんな観点で分割して整理すべきか。チームトポロジーのような組織論の論点は、デリバリーを安定して速くするためにどんな組織構造を割り当てるべきか。
結局、ソフトウェアの本質的な複雑性をいかにコントロールするか、その根本問題を巡って、その時代に応じた文脈で問題解決の方法が提唱されて、少しずつ変化していると感じた。

【10】
「チームトポロジー」は大規模アジャイル開発の文脈で、どんな意義があるのか？
チームトポロジーの意義は、組織文化よりも組織構造に焦点を当てて、状況に即したチームタイプやチーム間IFを取るべきと主張している。

「チームトポロジー」はアジャイル開発にどんな新しい考え方をもたらしたのか？
チームトポロジーがもたらした考え方は、Scrum、リーン、DevOpsなど、過去のアジャイル開発の発展を踏まえて、アジャイル開発チームの特性やチーム間IFのあるべき姿を提示した点にある。

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アーキテクチャ設計はベストプラクティスを参照するプロセスに過ぎないのか？～Software Processes are Software, Too（ソフトウェアプロセスもまたソフトウェアである）

「ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理 第2版」をアジャイルアーキテクトさんや他の方と輪読していたときの感想をメモ。

【1】「ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理 第2版」は既に絶版なのだが、内容は良い本だ。
アーキテクチャ設計のプロセスを現代風にうまく表現してくれている。
今のマイクロサービス設計にも当てはめることもできるだろう。

「ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理 第2版」に出てくる用語は、図4-3.コンテクストにおけるパースペクティブを見ればいい。

その時のビューは、図15-1.ビュー間の関係　の観点で整理される。

【2】「ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理 第2版」をアジャイルアーキテクトさんや他の方と輪読していたときに一つの疑問があった。

「ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理 第2版」では、アーキテクチャを定義し、設計し、実装し、評価する一連のプロセスが、図7-3.アーキテクチャ定義の詳細で定義されている。
そのプロセスの中に、「適切なアーキテクチャスタイルを識別する」プロセスでは、過去のアーキテクチャパターンを参照するという記述があり、腑に落ちていなかった。
アーキテクチャ設計はベストプラクティスを参照するプロセスに過ぎないのか。
アーキテクチャ設計はもっと高尚なプロセスではないのか、という認識が強すぎた。

実際のシステム開発では、ユーザの要求を元に、業務やシステムの要件を定義し、スケジュールやコスト、品質の観点からアーキテクチャの候補を複数から選定して基盤を決定する。
そこから具体的な設計、実装に入っていく。
今なら、業務要件や機能要件を定義する中で、非機能要件を満たせるようなインフラ基盤やネットワーク基盤、開発フレームワークを選定するだろう。
サーバはクラウド、クライアントはPCやスマホなどを基盤に選定するだろう。

そういう設計を具体的に行うときに、過去のアーキテクチャパターンを参照するときもあるが、新しい技術を導入する時は過去の事例がないので、苦労するし、失敗しやすい。
その疑問を解決できていない気がしていた。

【3】この疑問について、先輩と議論して気づいたことがある。

アーキテクチャ設計について、アーキテクトの経験や会社の過去事例に既に実績があるならば、いきなりアーキテクチャ設計を実装するのではなく、要件を基に、過去に成功して実現性の高いアーキテクチャパターンを採用することで実装する方針を決めるのは自然な流れと理解した。
その時に、プロセスの実行（プロセスクラスをインスタンス化して実行）においても、同様に過去のプロジェクトで成功して実績のあるプロセス事例を参照して、プロセスを設計するのは自然な考え方ではないか、と気づいた。

一方、新しい技術を取り入れてアーキテクチャ設計する時、社外の専門家である外部ベンダーに参画してもらい、その知見を活かしてもらうわけだが、そのやり方も実現性の高いアーキテクチャパターンを知っている専門家を利用しているわけだ。

この辺りをモデル化してみた。

「当初の案」では、プロセスパターンクラスをアーキテクチャごとのタイプみたいなパターンクラスとみなし、プロセスクラスとしてプロセスのテンプレートを生成し、各プロジェクトではプロセスクラスのテンプレートををカスタマイズして実行するイメージだった。

しかし、要求とパターンの整合性を取る必要がある時に、要求そのものにパターンを抽出する基準が暗黙的に既に埋め込まれている。
実際、要求に沿ってシステムとして実現できるアーキテクチャはこれだ、と選定するときに、要求を制約事項とみなすアーキテクチャを過去のベストプラクティスを元に選定しているからだ。
つまり、アーキテクチャ設計としてアーキテクチャを選定するときに何らかの選定基準は暗黙的に埋め込まれている。

その暗黙的な基準こそが、パターンでありイディオムであるわけだ。
アーキテクトは、自身の脳みその中に、多数のパターンカタログ、イディオムカタログを暗黙的に保持していて、それを基準に当てはめている。

そこで、「田中さん案を元に再構成した案」で書き直してみると、プロセスパターンクラスをインスタンス化したものがプロセス記述書になる。
これはアナリシスパターンの抽象・具象パターンに相当するだろう。
そのプロセス記述書は、アーキテクチャ設計プロセスのテンプレートであり、どのプロジェクトでも使えるテンプレートになっている。
このプロセス、手順に従えば、アーキテクチャ設計ができますよ、という手順書になっている。
そのプロセス記述書は単なる手順書ではなく、過去のベストプラクティスが盛り込まれて、ソフトウェア開発が成功するような知見が盛り込まれているわけだ。

このプロセス記述書を各プロジェクトに当てはめて、必要であればカスタマイズして実装して、プロジェクトを実行していくことになる。

【4】そんなことを考えると、まだうまく表現できていないかもしれないが、ソフトウェア設計、ソフトウェア開発そのものも一つのソフトウェアのような気がしてくる。

そんな論文「Software Processes are Software, Too」は1980年代に既に提唱されているよ、と先輩から教えてもらった。

Software Processes are Software, Too

主張は「ソフトウェア開発プロセスは、プロセス記述書というクラスをインスタンス化したものである」と理解したがもう一つ重要な観点があると思う。
それは「ソフトウェアを再利用して効率化するやり方と同様に、ソフトウェア開発プロセスも再利用できるはずだし、それがパターンやイディオムになるはず」だという考え方だと思う。
つまり、「ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理 第2版」本で「適切なアーキテクチャスタイルを識別する」ときにパターンを参照することと同義だと理解している。

この辺りはもう少し整理してみたい。

「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」を読み直した感想～親子頻出アンチパターンは初心者モデラーに多い

「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」を読み直した。
今までの経験を思い出しながら読み直すと気づきが多かった。
気づきをラフなメモ。

【参考】
業務ロジックをデータモデリングはどこまで表現できるか？: プログラマの思索

【1】テーブルをリソース系とイベント系の2種類に分けてみた

データモデリングが重要と分かっていても、ER図を書いてみても実際の業務フローや画面UIがイメージしにくい。
データ構造から業務フローがイメージできないと、単にデータがそうなっているだけとしか分からない。

そこで、マスタであるリソース系はR、トランザクションであるイベント系にはEをテーブルに付けて区別して見るようにしてみた。
業務フローをイメージするために、イベント系のテーブルは、TA字型ER手法を使って、外部キーがある関係は、先行後続を付けて見るようにした。
この考え方は「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」にないがあえてやってみた。

業務ロジックをデータモデリングはどこまで表現できるか？: プログラマの思索

(前略)
* resourceとresourceをつなぐ場合：対照表を生成する。対照表はeventである。
　（例）従業員と営業所
　　　　　従業員-営業所の対照表を作成し、リレーションシップを保全する。
* resourceとeventをつなぐ場合：event側に参照キーを持たせる。
　（例）顧客と注文
　　　　　注文entityに顧客コードを持たせる。
* eventとeventをつなぐ場合
** 「１：１」「１：ｍ」：時系列の遅い方に持たせる。
　（例）受注と請求（一つの受注に対し請求は一つ）
　　　　　請求に受注番号を持たせる。
** 「ｍ：１」「ｍ：ｍ」：対応表を生成する。
　（例）受注と請求（複数の受注に対し請求は一つ）
　　　　　受注-請求の対応表を生成し、リレーションシップを保全する。
(後略)

その結果、イベントに先行後続が順序付けられて、業務フローが見えてきて、付随するリソース系のイメージも湧いてきた。
そこから色々感じたこと、気になったことをメモしておく。

【2】リソース系テーブルのフィーチャオプションモデル

「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」では、製造業のモデルだけでなく、サービスやその他のモデルでもリソース系テーブルのフィーチャオプションモデルがよく出てくる。
なぜ頻出されるのか？

たとえば、製品や商品の属性をテーブルで保持しようとすると、横持ちでカラムが多くなる。
サイズ、色、重量などいろんな属性があるし、新製品によってさらに属性も新規追加されやすい。
横持ちのテーブルでは品種が多くなると破綻する。
そこで、品種という属性群を別テーブルで保持し、縦持ちでデータを持たせて、新規追加できるようにする。
つまり、製品や商品の属性データを横持ちから縦持ちにもたせて、汎用化している。
その分、マスタテーブル設計は複雑になるが、理解さえできれば応用が効きやすい。

フィーチャオプションはマスタ管理を整理するためのテクニックと思う。

【3】強属性のキーはサロゲートキーの代わり

複合主キーのマスタは、サロゲートキーにすると扱いやすくなる。
しかし、関数従属性がサロゲートキーのために分かりにくくなる。
そこで、サロゲートキーに置き換えられた複合主キーに当たるカラムを一度追加更新されたら更新できない制約をかける。
「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」では、この制約を強属性と呼んでいた。
複雑な商品マスタをサロゲートキーで主キーにした時、品種区分とFO項番が主キーのようになるが、「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」の例では、品種区分を強属性としている。

強属性を使うことでマスタテーブルの関数従属性を表し、データの不整合が出ない仕組みにしている。

【4】親子頻出アンチパターン

データモデリング初心者はテーブル同士を関連付けようとする時、主キーの親子関係だけで表現しようとする。
特にトランザクション系のテーブルで多い。
注文と注文明細みたいに。
たぶんそういう関係付けの方がイメージしやすいからだろう。
そういうアンチパターンは、親子頻出アンチパターンと言われている。

しかし、本来は外部キーを使って、トランザクション系のテーブルに先行後続を関連付けるべきだ。
その場合、先行後続では多重度が異なる。

先行後続が１対多ならば、先行イベントテーブルの主キーが後続イベントテーブルの外部キーとして設定される。
一方、先行後続が多対１や多対多ならば、先行イベントテーブルと後続イベントテーブルの間に、連関テーブルが入り込んで２つのテーブルを１対多で関連付ける。
たとえば、出荷したデータをまとめて一括請求する場合などがあげられるだろう。

データモデルではイベント系テーブルを抽出した後、多重度から先行後続を読み取り、そこから業務フローを組み立てると一連の流れが見えてくると思う。

【5】時限NULL、永続NULLデータの考え方

イベント系テーブルでは、カラムの初期値はNULLだが、後続の業務が実行されてデータが更新されるタイミングで、NULLから値がセットされる。
「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」では、このようなデータを時限NULLデータと呼んでいる。
たとえば、後続イベントテーブルにある先行イベントテーブルの主キーを外部キーとして張っている場合がそうだろう。

データモデルではNULL値はできるだけ避けるべきだが、一時的にNULLの状態であって、データ更新のタイミングで値が更新されるならそれで良しという考え方になる。
「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」では、発注と入荷のデータモデルで入荷コードが時限NULLとして使われる例があって分かりやすい。

一方、マスタテーブルでは一つのマスタに属性を増やしていくと、カラムの初期値がNULLのまま永遠にセットされる場合がある。
このような例が永続NULLデータになる。
「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」では、永続NULLデータが存在する場合、サブタイプに分割すると良い。
つまり、テーブルの継承関係を使って、親テーブルのマスタに共通するカラムをまとめ、子テーブルのマスタにそれぞれの属性を集めたデータをまとめる。
顧客や取引先、仕入先などをまとめたテーブルを作りたい場合が相当するだろう。

【6】2次キー（2次識別子）の使い道

「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」では、2次キーが有効に使われるデータモデリングの例が多い。

たとえば、在庫推移監視モデルでは、受払テーブルが受払予定テーブルと受払履歴テーブルをサブタイプに持たせるが、それぞれの主キーは異なるので、そのままでは継承関係をデータモデルで表現できない。
そこで、受払・受払予定、受払履歴テーブルに2次キーを持たせて、継承関係を表現する。
2次キーはいわゆるAlternative Keyであり、一意なキーだから、検索時にも使える。

他にも、売上履歴に出荷明細、回収明細、一般取引明細の各テーブルを関連付けて、売上の履歴を一元的に管理していつでも検索できるようにするには、それぞれの主キーは異なるので、2次キーを持たせる。

一般に2次キーは、JANコードやマイナンバーのようにマスタテーブルでよく出るが、トランザクションテーブルに使うと効果的に扱える場合が割とあるように思える。

【7】負荷計画のモデルは2種類ある

「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」では、業務知識を埋め込んだデータモデルがふんだんに盛り込まれているので、データモデルを読み解いていくと、この関数従属性にはこういう業務ルールを埋め込んでいたのか、と気づく時が多い。
宝物探しの感覚に似ている。

「システム開発・刷新のためのデータモデル大全」にあるデータモデルで興味深かった例は、負荷計画のモデルだ。
製造業では、工場の機械がリソース制約になり、工場の稼働率を決めて最終的には原価につながる。
そこで、設備の制約に関するスケジューリング決定について、TOCのアイデアを入れて、工程の日程を決める。

負荷計画を立てるときに、リソースの制約がスケジューリングに最も関わるので、制約になるリソースは何があるか、という問いに置き換えられる。
制約になるリソースは、製造業の工場なら設備だが、病院の看護スケジュールなら、専門技術を持つ人員になる。
ソフトウェア開発のスケジュールでも、インフラ環境の設備もあるだろうが、専門技術を持つ開発者が最も大きな制約になるだろう。
つまり、要員シフト管理では、専門技術を持つ人員が制約になる。
制約となるリソースが業態やビジネスによって大きく異なる点が面白い。

また、負荷計画では受注生産の工場、病院の看護師なら、受注済みの製品または予約済みの患者という需要に対し、「需要を設備の稼働を確保する」考え方になる。
一方、航空機運輸業の予約搭乗管理では、飛行機を既に持っており、その飛行機の座席をいかに予約で埋めていくか、になる。
つまり、「設備の稼働ありきで需要を確保する」ことになる。
他にも、新幹線や特急の予約もこの考え方になるだろう。

では、データモデルにはどのような違いが出てくるのか。
受注生産の工場、病院の看護師の負荷計画では、予定→製造指示のようにイベントテーブルは1対多の関係になる。
「需要を設備の稼働を確保する」データモデルでは、需要という予定をいかに設備で捌くか、という考え方になるので、予定→負荷を割り当てた計画スケジュールのように、先行後続のイベントテーブルが1対多になる場合が多い。

一方、飛行機のフライト管理では、フライト日程→フライト日程明細--予約搭乗明細→予約搭乗というイベント系テーブルで関連付けたデータモデルになっている。
つまり、先行後続のイベントテーブルが多対多の関係になっている
「フライト日程明細--予約搭乗明細」の関係は、それぞれの主キーが異なるのでそのままでは関連付けられないが、フライト日程明細テーブルの主キーを2次キーとして予約搭乗明細テーブルに持たせて、関連付けるモデルにしている。
これにより、フライト日程を決めたら、フライト日程の飛行機の座席に予約を割り当てて管理するという業務フローが成り立つことになる。

さらに、フライト日程明細テーブルの主キーを予約搭乗明細テーブルの2次キーに設定しているので、2次キーはNULLも設定できる。
NULLが設定される例として、座席指定できていないデータ、キャンセル待ちや搭乗者にカウントされない乳幼児があげられていて、そこまで業務ルールとして埋め込んでいるのか、と気付いて面白かった。

他のデータモデルでも、関数従属性に業務ルールが巧妙に埋め込まれているので、この辺りを読み解くと面白いと思う。

「システムアーキテクチャ構築の原理」の感想part2～非機能要件がシステムのアーキテクチャに影響を与える観点をプロセス化する

「システムアーキテクチャ構築の原理」を読んでる。
平鍋さんの記事「『ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理(第2版)』読んだ #Java - Qiita」を読み直して、理解が深まった。
平鍋さんの記事に触発されたので、理解できたことをラフなメモ。
間違っていたら後で直す。

【参考】
『ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理(第2版)』読んだ #Java - Qiita

「システムアーキテクチャ構築の原理」の感想: プログラマの思索

【1】「システムアーキテクチャ構築の原理」を読んでいて分かりにくかったことは、ビュー、ビューポイント、パースペクティブという概念が出てきて混乱したこと。
これらの言葉は何を表しているのか、具体的に理解できていなかった。

平鍋さんの記事「『ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理(第2版)』読んだ #Java - Qiita」では、概念モデルでまとめてくれているので理解しやすかった。

@hiranabe さん記事を理解したうえで「ビューとビューポイントの違いは何？」の意見に対する私なりの回答は以下の通り。 ・ビュー＝ステークホルダーの横断的関心事をシステム観点で記述した内容。 ・ビューポイント＝横断的関心事。ユーザ観点。 ・パースペクティブ＝主に非機能要求。システム観点。

— akipii (@akipii) May 6, 2024

【2】図4-3.コンテクストにおけるパースペクティブが「システムアーキテクチャ構築の原理」のメッセージを全て表している。
平鍋さんの解説が分かりやすい。

（引用抜粋　開始）
「非機能要件がシステムのアーキテクチャに影響を与える」という観点を本書は、この言説を徹底的に解説したもの。

非機能要件に限らず、横断的な視点を「パースペクティブ」として捉えている

実際にアーキテクチャを記述しようとすると、１つの文書ではとっても複雑で巨大な説明になる。「ステークホルダー」の「関心事」毎に分割するために、「ビュー」と「ビューポイント」を導入する

「パースペクティブ」は、従来の言葉で近いものとして「非機能要求」「横断的関心事」がある。本書ではこの「ビューポイント」と「パースペクティブ」のカタログを作っています。
（引用抜粋　開始）

【3】図15-1.ビュー間の関係では、ビューを開発や運用の観点で分解している。
この図は、システム開発とシステム保守で分割すれば理解しやすい。
今ならDevOpsだから、開発も運用も一体化しているだろう。

【4】図7-3.アーキテクチャ定義のプロセスは、「システムアーキテクチャ構築の原理」が提唱している、アーキテクチャを定義し評価するプロセス。
アーキテクチャ設計の中で、特に非機能要件を含めた横断的関心事をいかにアーキテクチャに盛り込むのか、を考えた一連のプロセスになる。
プロセスの流れは、アーキテクチャ要素や横断的関心事を段階的詳細化して組み立てたあとにアーキテクチャを評価するので、違和感はない。

【5】「システムアーキテクチャ構築の原理」では上記3つの図が本書のメッセージになると思う。
本書のやり方を各システム、各案件にテーラリングして設計、実装する必要があるから、本書は、アーキテクチャ設計のメタ概念、メタプロセスの解説書みたいな感触を持っている。

【6】「システムアーキテクチャ構築の原理」の副題「ITアーキテクトが持つべき3つの思考」が指す「3つ」とは、「ステークホルダー」「ビューポイント」「パースペクティブ」と最初に書かれている。

その意図は、ステークホルダーの横断的関心事、特に非機能要求をユーザ観点のビューポイント、システム観点のパースペクティブで分解して組み立てて、トレードオフを考慮したアーキテクチャを設計すること、を意味していると考える。

他にも気づいた他内容があれば書いていく。

「システムアーキテクチャ構築の原理」の感想

「システムアーキテクチャ構築の原理」を読む機会があったので感想をラフなメモ書き。

【参考】
「システムアーキテクチャ構築の原理」の感想part2～非機能要件がシステムのアーキテクチャに影響を与える観点をプロセス化する: プログラマの思索

『ソフトウェアシステムアーキテクチャ構築の原理(第2版)』読んだ #Java - Qiita

アーキテクチャ構築の原理 第2版を読んだ - 勘と経験と読経

【0】「システムアーキテクチャ構築の原理」は最新版の第２版もある。
僕は確か、デブサミ2010の時に会場で購入した記憶があり、第１版を持っている。
その時から興味のある部分だけかいつまんで読んでいたので、全部を通して読んでいなかったので、輪読するのは良かった。

「システムアーキテクチャ構築の原理」を読んで興味を持った部分はいくつかある。

【1】１つ目は、2008年の初版でありながら、マイクロサービスやサービス志向のアーキテクチャ設計を目指していること。
機能的ビュー、情報ビュー、並行性ビューなどのソフトウェア構造のアーキテクチャ設計の観点は、業務システム設計と微妙に違うな、と感じていたが、実際はクラウドベースのマイクロサービス設計を目指しているのだろう。
実際、並行性ビューでは、昔のバッチ処理設計よりもイベント駆動の並列性アーキテクチャに力点をおいている。
たとえば、REST APIやAdapter・Facadeパターンのようなアーキテクチャ設計を念頭に置いて実装しようとしている。

そう考えると、マイクロサービス設計における新たな設計思想はまだ含まれておらず、荒削りな内容を感じるが、文章の背後にある著者の思い、こういうことを言いたいのではないか、を推測しながら読むと理解できるのでは、と感じる。

【2】2つ目は、ATAMという非機能要件の設計技法を解説してくれている点だ。

データベースコンサルタントのノウハウちょい見せ アーキテクチャをレビューする方法(ATAM)

ATAMはシナリオベースで非機能要件を評価する設計技法。
僕の理解では、システムのアーキテクチャの特に非機能要件を品質特性ごとに分類し詳細化して、それをシナリオに落とす。
そのシナリオを優先度付けして、シナリオベースにアーキテクチャを評価して整合性を取ったり、システム設計を明確化する。

利点は、非機能要件をアーキテクチャとして評価する技法として、シナリオベースを用いているので、アジャイル開発をやっている人には取り組みやすいと思う。
デメリットは、CMMIを作ったSEIがATAMを提唱しているので、重たいプロセスになりがちで、テーラリングが必須であり、プロマネによってばらつきが出やすいこと。

ATAMに関する日本語書籍は「システムアーキテクチャ構築の原理」と「間違いだらけのソフトウェア・アーキテクチャ―非機能要件の開発と評価 (Software Design plus)ぐらいしかないので、貴重だと思う。

データベースコンサルタントのノウハウちょい見せ 書評「間違いだらけのソフトウェア・アーキテクチャ―非機能要件の開発と評価」

【3】3つ目は、2009年頃の書籍なので、UMLをベースとした設計を念頭に置いていること。
機能的ビューではコンポーネント図、情報的ビューではER図やDFDや概念クラス図、並列性ビューではステートマシン図を使うと良いと説明されている。
このあたりの意見は僕も同意するが、注意点はいくつかあると思う。

コンポーネント図は「アジャイルソフトウェア開発の奥義」でも重要視されている。
機能を1つのコンポーネントとみなし、コンポーネント間のインターフェイスを重視する設計は重要だと思う。
一方、コンポーネント図だけでは表現しきれない仕様や要件があり、不十分と感じる。

その点は「システムアーキテクチャ構築の原理」でも、メッセージングのやり取りは記述できないので補足説明や別の図が必要と書かれている。

並列性ビューに出てくるステートマシン図は、より詳しく書いていくと結局、詳細設計レベルになってしまう。
アーキテクチャ設計ではRFPに出てくる要件レベルまでで留めたいので、粒度を揃えるのが難しい場合が多いだろう。

【4】「システムアーキテクチャ構築の原理」を読んでいて思い出すのは、2000年代にソフトウェア・プロダクトラインが流行した頃に読んだ「 実践ソフトウェアアーキテクチャ」に出てくる一節だ。

そのボタンを押したら何が起きるのですか？～アーキテクチャは利害関係者のコミュニケーション手段: プログラマの思索

実践ソフトウェアアーキテクチャの解説記事: プログラマの思索

「 実践ソフトウェアアーキテクチャ」では、政府のある委員会の2日間に渡る討議の中で、新人のアーキテクトが、政府が作ろうとしているシステムのアーキテクチャをコンサル独自の記法でモデルを描いて委員会の参加者に説明していたところ、委員会の参加者たちは何が問題なのかに初めて気づいた。
そして、委員会の参加者たちは、新人のアーキテクトの説明を途中で止めさせて、システムのアーキテクチャの問題点を活発に議論し始めたという一節だ。
これが意味しているのは、アーキテクトの役割とは、システムのアーキテクチャ設計に関する最終責任者ではなく、各利害関係者の間でシステム要件のトレードオフを考慮させる調停者であることだ。

つまり、アーキテクトの役割はシステム要件を決めることではなく、システム要件のトレードオフを色んなステークホルダーに説明して理解させて、最終的な意思決定を引き出す調停者として振る舞うべきだ、ということ。
この一節は僕が一番好きなところでもある。

「システムアーキテクチャ構築の原理」では、アーキテクトがすべてのパースペクティブやビューポイントを理解している全能の神のように思えてしまうが、実際はそうではなく、アカウンタビリティを持つ調停者という観点で捉えると理解しやすいと考える。

気づいた点はまた書き留めていく。

ソフトウェア工学の根本問題から最近のソフトウェア設計を考えてみる

ソフトウェア工学の根本問題は何なのだろうか？
僕は、ソフトウェアをいかに部品化して疎結合な構造とし、お互いの相互作用でいかに協調動作する仕組みを作るか、だと思う。
以下、直感的な思考を書き記しておく。

ソフトウェアの歴史をたどれば、構造化プログラミングからオブジェクト指向プログラミングへ発展した経緯を見ると、ソフトウェアの構造とソフトウェアを開発する仕組みをいかに透明化し、コントロールしやすくするか、に力点をおいているように思える。

@sakaba37さんから言われてはっと気づいたことは、ソフトウェアは密結合になりやすいこと。
トランザクションスクリプトのように、ちょっとしたロジックの処理を何も考えずに実装すると、密結合なプログラムになり、スパゲッティになりやすい。

そして、ソフトウェアを開発するプロセスも、ソフトウェアを開発する組織も、ソフトウェア構造を反映してしまうために、密結合なプロセス、密結合な組織になりやすい。

今、クラウドを基盤としたマイクロサービス設計が色々試されている。
マイクロサービス設計では、処理層とデータ層をまとめた一つのサービスを独立した単位とし、それらを協調動作する仕組みを作ろうとする。

しかし、今までのソフトウェアの歴史から類推すると、いかにソフトウェアを疎結合な構造にするか、いかにソフトウェアを管理するプロセスを透明化しコントロールしやすくするか、という根本問題から離れられていないように思える。

実際、マイクロサービスが独立した単位であっても、複数のサービスが協調動作させる仕組みをいかに安定して作るか、API設計や補償トランザクションなど、色々試行錯誤している。
「ソフトウェアアーキテクチャ・ハードパーツ ―分散アーキテクチャのためのトレードオフ分析」を読めば、マイクロサービスをいかに安定して設計するか、を試行錯誤していることが分かる。

また、全てのマイクロサービスを横断して管理する仕組みとしてサービスメッシュという概念が導入されているが、それもサービスの耐障害性や可用性を担保するための監視サービス群のようなものだ。
ちょうど、Ciscoのネットワーク機器からなるネットワーク構造をSDN化したときに、データ層とコントロール層に分けて、APIを使ってコントロールしようとする仕組みと同じように思える。

他方、ソフトウェア開発の組織も今はスクラムをベースとしたアイデアに基づき、少人数のスクラムチームで開発するのが、特にマイクロサービス開発では相性がいい。
マイクロサービスでは、データ層も処理層も持つので、開発チームが必要なソフトウェア部品を全てコントロールできるからだ。
また、マイクロサービス同士のやり取りは、スクラムチームが協調動作する仕組みに置き換えられる。
実際、スクラムチームでは、プロダクトバックログというインプットとインクリメントとして付加価値を順次リリースするアウトプットが契約になるが、その中のプロセスは部外者は口出しできない。

つまり、スクラムチームは、まるで1つのソフトウェア部品のように中身はブラックボックス化されており、インプットとアウトプットというインターフェイスが保証されている仕組みと思っていい。
すなわち、スクラムチームという開発組織も、疎結合なソフトウェア部品と同様にみなせる。

そんなことを考えると、僕はクラウドやマイクロサービス設計の経験がないけれど、今までのソフトウェア開発の歴史を踏まえた根本問題から、マイクロサービス設計やその開発プロセスでは、過去の根本問題をどのように解決しようとしているのか、という観点で考えていた。
そして、その考え方から類推されるボトルネックは、昔の技術から現代のアーキテクチャに変わったとしても、症状として現れる事象が変わっただけであって、その本質は変わっていないはずだと思っている。

アーキテクチャ量子の考え方はソフトウェア工学に物理学アプローチを適用したアイデアではないか

「進化的アーキテクチャ」の本を読み直していたら、アーキテクチャ量子の考え方はソフトウェア工学に物理学アプローチを適用したアイデアではないかと気づいた。
ラフなメモ書き。

【1】以前に「進化的アーキテクチャ」の本を読んでいたが、その時はこの本の中身がさっぱり分からなかった。
マイクロサービス設計をコンポーネント分割、モジュール分割のように組み立てたい意図は分かるが、その設計方法や中身が雲のように意味不明だった。

そして、とある勉強会で「ソフトウェアアーキテクチャ・ハードパーツ ―分散アーキテクチャのためのトレードオフ分析」を輪読していた。
この本はマイクロサービス設計の解説なのだが、その中に、アーキテクチャ量子、適応度関数という考え方が出てくる。

アーキテクチャ量子は、これ以上分割できないソフトウェアコンポーネント、みたいなイメージを持っている。
適応度関数は、アーキテクチャを診断するメトリクス、みたいなイメージを持っている。
しかし、ふわふわした抽象的概念であり、すぐに理解しづらい。

なぜ、アーキテクチャ量子、適応度関数のような概念がマイクロサービス設計で必要なのか？

【2】アーキテクチャ量子とは、高度な機能的凝集を持つ独立してデプロイ可能なコンポーネントと定義されている。
なぜ、わざわざ量子みたいな言葉を使う必要があるのか？

「進化的アーキテクチャ」では、量子力学のアプローチを使って、モジュール性を説明しようとしている。
物理学では、自然界には４つの力、強い力、弱い力、電磁気力、重力がある。
この概念を流用して、アーキテクチャ量子の言葉の意図は、原子核のような小さな量子では、物理学が言う強い力が働いてバラすことができないこと、つまり、ソフトウェアのコードは組み立て部品のように再利用できる単位に分解できないことを意味しているのだろう。

すなわち、アーキテクチャ量子は再利用可能なソフトウェアコンポーネント、ソフトウェアモジュールの比喩として使っている。

なぜ、わざわざアーキテクチャ量子という新しい言葉を使う必要があるのか？

マイクロサービスはソフトウェアアーキテクチャも含めたレベルでソフトウェアの再利用を目指そうとしている。
つまり、アーキテクチャ量子の考え方を使って、従来からのソフトウェア工学の根本問題、ソフトウェアを再利用できる単位にどのように再構築するか、を考えようとしているのだろう。

アーキテクチャとは、ソフトウェアの中で最も不変な部分に相当するが、ソフトウェアの歴史ではアーキテクチャの範囲がどんどん変わってきている。
再利用の単位が、構造化プログラミング、オブジェクト指向、そしてマイクロサービスへ変遷してきている。
そういう歴史的経緯を踏まえて、アーキテクチャ量子という言葉を新たに用いて、現代風に理解しようとしているのだろう。

【3】アーキテクチャ量子に加えて、適応度関数とは、アーキテクチャが継続的に変化あるいは進化することでどれだけ目的の達成に近づいているか、を計算するための目的関数と定義されている。
なぜ、メトリクスと言わずに、わざわざ適応度関数のような言葉を使うのか？

物理学のアプローチでは、自然界の現象だけでなく、経済や人間の事象に対しても、数式で表現できるはずだ、という設計思想がずっとある。
アーキテクチャ量子のように、ソフトウェアコンポーネントに物理的アプローチを用いたならば、同様に再利用できる単位は何らかの数式で表現できるはずだろう。

その時に、アーキテクチャ量子の診断結果を計測するメトリクスを適応度関数と呼んでいるのではないだろうか。

「進化的アーキテクチャ」では適応関数の事例がなくて、抽象的な説明ばかりでイメージづらいが、「ソフトウェアアーキテクチャメトリクス ―アーキテクチャ品質を改善する10のアドバイス」では、適応度関数の具体例が掲載されていて、それでようやく理解できた。

適応度関数は、ユニットテストレベルならばカバレッジや静的コード解析が目標範囲内にあるか評価することに相当するし、統合テストレベルならば、パフォーマンスの計測やAPIテストで目標範囲内にあるか評価することに相当する。
E2Eテストレベルならば、UATで使われる正常業務パターンのスモークテストケース、ビジネス要件やマーケティング要件を評価するメトリクスがあるだろう。

つまり、適応度関数はアーキテクチャが正常であるかを診断するメトリクスとして用いられる。

留意点は、適応度関数はケースバイケースとして色々実現されることだろう。
適応度関数は唯一の正解はなく、システムのアーキテクチャごとに設計されて実装される。
だから、GQMのように、メトリクスが使われる目的や意図が重要になってくる。

【4】アーキテクチャ量子に加えて、適応度関数のような概念を新規に作り出した意図には、物理学アプローチを用いて、マイクロサービス設計のような現代風アーキテクチャを理論化して整理したいことがあるのだろう。

再利用できる単位は、構造化プログラミングでは関数レベルだが、オブジェクト指向プログラミングでは、データと処理がカプセル化されたクラスレベルになった。
今では、マイクロサービスでは、処理を行うサービスとデータを保持するデータベースを一体化したドメインレベルで再利用しようとしている。
つまり、新しい酒は新しい革袋に入れるように、マイクロサービス設計には新しい概念を使うべき、という主張なのだろう。

すなわち、ソフトウェア工学に物理的アプローチを適用したい意図があり、それの一つの例が、アーキテクチャ量子や適応度関数になるのだろう。

そんなことを考えると、「進化的アーキテクチャ」「ソフトウェアアーキテクチャ・ハードパーツ ―分散アーキテクチャのためのトレードオフ分析」の著者は、量子力学などに詳しい物理学の専門家をバックグラウンドに持つソフトウェアアーキテクトなのだろうと推測する。

【5】物理学的なアプローチを自然科学のような自然現象だけでなく、経済現象やソフトウェア工学に適用しようという事例は２０世紀後半からよく見られる。
物理学で量子力学や相対性理論が完成した後、物理学が解決すべき問題はかなりなくなってきたという話は昔から聞いていた。
だから、成功の歴史がある物理学のアプローチを使って、自然現象以外の問題に適用して、仕組みをモデル化し、問題を解決しようとする方向性はよく見られる。

たとえば、とある勉強会で、トランスフォーマーのニューラルネットワークの背後に重力の対称性である一般座標変換対称性があると言う話を聞いた。

Xユーザーのakipiiさん: 「トランスフォーマーのニューラルネットワークの背後に重力の対称性である一般座標変換対称性があると言う話を勉強会で聞いた。NNを物理で理解するのは面白いな。Unification of Symmetries Inside Neural Networks: Transformer, Feedforward and Neural ODE https://t.co/ooUEm9bLk1」 / X

この論文では、ニューラルネットワークの背後にゲージ対称性のような仕組みがあるのではと議論しているらしい。
この議論の中で、ある人が話されていた発言がすごく心に刺さった。

「人間が作り出したニューラルネットワークは人間が理解不能な状況になっている。
ニューラルネットワークで起きている座標的なもの、力学的なものを自然界に適用した物理学を使って、ニューラルネットワークの中を研究対象できるのではないか、と思える。
物理学者はこういうものが好き。物理学者は数学を作り出す。」

「ブラック・ショールズ方程式も物理学者が見つけた経済モデル。
自然ではないものに物理学的な思想、物理学的アプローチを適用したものだった。」

今のニューラルネットワークや大規模言語モデルでは、その原理や仕組みはまだ誰も分かっていないまま、Pythonで作られたNNやLLMのライブラリをいかに使って問題解決していくか、みたいなところに走っている気がして、違和感をずっと感じていた。
でも、今までの物理学の知見を使って、NNやLLMの原理を理解しようとする発想は面白いなと思う。

たとえば、経済現象でも、ブラック・ショールズ方程式のような経済学の理論も物理学者がブラウン運動の考え方を使っている。
このブラック・ショールズ方程式により、株式証券の無リスク・ポートフォリオが計算されて、現代の金融取引が成り立っているわけだ。

このように、今までに成功した歴史があり、たくさんの道具やツールが揃っている物理の手法を使うことで、経済現象やニューラルネットワークの仕組みを理解しようとしている。
物理学では現象を数式で説明するので、コンピュータに乗りやすいし、応用がききやすい。

その一連の流れに、ソフト工学に物理的アプローチを適用してみよう、という発想もあろうのだろう、と思っている。
そして、その物理的アプローチはわりと成功する可能性が高いのでは、と思ったりしている。

マイクロサービス設計は従来のアーキテクチャ設計と何が違うのか

マイクロサービスの設計は理解できていなかったし、今も理解が中途半端。
理解できたことだけをメモする。
ラフなメモ書き。

【1】「ソフトウェアアーキテクチャ・ハードパーツ ―分散アーキテクチャのためのトレードオフ分析」を友人と輪読しているが、まだ理解できたという気がしない。
今までのオンプレ環境で業務系Webシステムの設計や開発をしてきた経験、Java＋Oracle＋Linuxでベタに開発した経験をベースに理解しようとしていた。

そういう観点で読むと、「8章　再利用パターン」が一番理解しやすい。
なぜならば、コンポーネントやサービスの再利用性は、オンプレ環境のWebシステムであれ、クラウド環境のマイクロサービスであっても、同様の観点が通じるからだ。
たとえば、バージョニング戦略は、まさにソフトウェア構成管理と同じ。
後方互換性を見極める、Javaの非推奨(deprecated)のアノテーションのように廃止されたAPIは使わない、枯れた最新バージョンを使う、定期的にパッチ収集とパッチ適用の運用ルールを定める、とか、どこでも同じ。

しかし、マイクロサービスの本質はそういう所ではないはず。

【2】マイクロサービスを僕が理解できない原因は2つあると思っている。
まず、マイクロサービスを実装したモデルを考えようとすると、AWSサービスを使った実装を考えることが普通。
しかし、AWSサービスに特化しすぎると、AWSはサービスが多すぎて、どの場面にどのサービスを使うと良いのか分からなくて、混乱してしまい、何が重要なのか分からなくなる。

他方、AWSサービスのような具体的なサービスを外して、抽象的なマイクロサービス設計技法を考えると、逆に具体的なイメージが思い浮かばず、ふわふわした議論になってしまう。
オンプレ環境の経験を元に比較理解しようとするだけで、その本質までたどり着けない。

マイクロサービスの直感的イメージは、一昔前のSOAPでやり取りするWebサービスとほぼ同じと思っている。
現在なら、SaaSはほとんどがマイクロサービスで実装されているのではないだろうか。
たとえば、検索サービス、顧客サービス、商品サービス、在庫サービスなど、リソースやイベントの単位で区切られたドメインをマイクロサービスへ分割し、それらの間はRESTでデータをやり取りし協調しながら1つのユースケースを実現しているイメージ。
だから、マイクロサービスだからといって、そんなに難しかったり、高尚な概念でもないはず。

では、現代のクラウド上のマイクロサービス設計では、かつてのオンプレ環境のWebサービスと何が異なるのか？
ここさえ抑えれば理解できる、と思える本質的内容は何なのか？

【3】「絵で見てわかるマイクロサービスの仕組み」を読みながら、理解したことを書いておく。
今の自分のレベルではこれくらい噛み砕いたレベルでないと理解しにくかった。

「絵で見てわかるマイクロサービスの仕組み」で自分に響いた内容は3つ。

【4】1つ目は、マイクロサービスは、数秒後から数時間後に動機が取れていればいいとする結果整合性が許容できる場面で活用すべき。
つまり、マイクロサービスではACID特性を厳格に守るのは難しいし、そういう場面では有効とは言えない。

よって、マイクロサービスが使えるユースケースは、業務が並列処理で動作しても良いケース、頻度は少ないが一時的にアクセス数や負荷がかかる時にCPUやメモリを動的に増やすスケールアップやサーバ台数を動的に増やすスケールアウトするケースなどだろう。
すなわち、性能要件を動的に拡張したいケースが当てはまるのではないか。
AWSやAzureのようなクラウドであれば、そういう拡張は、クラウド基盤が提供するマネージドサービスで簡単に実現できる。

一方、デメリットは、ACID特性ではなく結果整合性でしか担保しないので、基幹系システムでは難しいかもしれない。
たとえば、あるマイクロサービスで障害が起きてデータの不整合が発生した時、ロールバックをDBMSやフレームワークではなく、自分たちで作り込む必要があるかもしれない。
「絵で見てわかるマイクロサービスの仕組み」では、異常系処理やロールバック処理を補償トランザクションで実現する方法が紹介されていた。
この辺りは実際の実装方法がよく分かっていないが、結局、自分たちでフレームワークを組み込んでいるのと同じような印象を受ける。

【5】2つ目は、コンテナオーケストレーションは、複数コンテナをクラウド基盤のAPIやマネージドサービスで制御する設計思想であること。

「絵で見てわかるマイクロサービスの仕組み」では、コンテナ＜Pod＜ノードの順でグループ化されていた。
すると、複数のコンテナを手動で管理するのは面倒だし、ミスも多くなる。
また、頻度は少ないがアクセス数が一時的に増える場合にスケールアウトするようにコンテナを動的に増やす場合、コンテナのIPアドレスは一時的に付与されるので、管理する手法も特有の考え方が必要になるだろう。
よって、複数のコンテナをAPI経由のプログラムで一括管理したくなる。

そこで、コンテナオーケストレーションという概念で包括的に管理する。
「絵で見てわかるマイクロサービスの仕組み」では、コンテナオーケストレーションを適用するユースケースとして、
・コンテナの作成とデプロイ
・負荷に応じたスケールアウトやスケールダウンやロードバランシング
・ホストやコンテナのヘルスチェック
があげられてたい。
つまり、動的にコンテナを作成しデプロイして、負荷に応じてスケールアウト・ダウンし、負荷分散させる。
また、コンテナのヘルスチェックのように、サーバー監視の管理サービスも実現してくれる。

コンテナオーケストレーションの実装例としてKubernetesがあげられている。
Kubernetesの優れた汎用的な機能のおかげで、AWSでもAzureでも一般的なクラウドにもコンテナ群をそのまま移行できる、という発想なのだろう。
コンテナの実装は、yamlやJasonなどでドメイン特化言語のように記載されて実現されるのだろう。
それゆえに、yamlなどのドメイン特化言語で、マイクロサービスのコンテナ群を全て実装すれば、検証環境であれ本番環境であれすぐにクラウド上に実装できるはず。

ではそれで全ての問題が解決するのか？
変化の早いビジネス環境において、マイクロサービスを組み合わせることで即座に稼働しやすいだろうが、複雑性は増すだろう。
数多くのコンテナを協調させながら稼働させるには、コンテナの中身を記載したyamlは相当複雑になるだろう。
一昔前に、Antでビルド＆デプロイのタスクを書いていた時、宣言的に書いて楽だなと思っていたのに、環境が増えるごとにIF文がAntタスクに紛れ込んでどんどん複雑化したような経験を思い出す。
たぶん、それに似たような事象がKubernetesでも起きるのではないか、と思ったりする。

【6】3つ目は、サーバレスアプリケーションはBPMNのようなワークフローに並列処理を組み合わせたワークロードみたいなものではないか、と思う。

「絵で見てわかるマイクロサービスの仕組み」では、サーバレスアプリケーションの基本アーキテクチャは、BaaSとFaaSの2種類があげられている。
BaaSは外部サードパーティのサービスを使うパターン。
FaaSはビジネスロジックをイベントドリブンで実装するパターン。

BaaSはたとえば、Googleアカウント認証やTwitter認証などの外部認証サービス、PayPalのような外部決済サービスがあげられるだろう。
外部サードパーティサービスの方がセキュリティ要件も性能要件もいいならば、そちらのサービスを利用することで、ユーザの利便性も増すだろう。
他方、ユーザ認証やクレジットカード情報を自社システムに持たないデメリットがあるので、顧客情報をより包括的に収集できないデメリットもあるだろう。

FaaSは、BPMNのようなワークフローに並列処理を組み合わせたワークフローに思える。
マイクロサービスをつないで、イベント駆動でマイクロサービスをキックし、一連の業務が流れる感じ。
その場合、並列処理で動くので、商品を購買している間に、検索したり、在庫に問い合わせたりして並列で動かすケースもあるだろう。

サーバーレスアプリケーションはFaaSを想起させる。
AWSならLambdaになるのだろう。
メリットは、アプリケーション開発者はアプリ層のマイクロサービスの実装だけに特化すれば良く、インフラ基盤は考えなくてもクラウド基盤がマネージドサービス等で勝手に管理してくれる、そういうイメージなのだろう。

他方、開発時のデバッグや障害時の復旧はかなり面倒になることが想像される。
複数のマイクロサービスを通したシステム全体テストをやるには、ローカルPCでは無理で、クラウド上に本番同等の検証環境が必要になるだろう。
その分コストも増える。
また、イベントドリブンで連なる一連のマイクロサービスのうち、途中のマイクロサービスで障害が発生して、データの同期が取れなくなった場合、データのロールバック処理は複雑になるだろう。
本来は、データ復旧や障害復旧もクラウド基盤が勝手に自動で上手くやって欲しいが、手作業で設計して入り組んだ複雑なワークフローになっていると難しいだろう。

そんなことを考えると、全てがバラ色の世界ではないだろうと思う。

【7】マイクロサービス設計は従来のアーキテクチャ設計と何が違うのか?

違いの一つは、マイクロサービス設計では、インフラ基盤をクラウドのマネージドサービスで自動化したり、APIで監視サービスやコンテナオーケストレーションを実装できる点にあるだろう。

つまり、従来のオンプレ環境のインフラ基盤は、アプリ開発者の手によって操作できるようになった点が違いになるだろう。
アプリ層からインフラ層まで全て、アプリ開発者がコントロールできるようになったこと。
そんな開発者はフルスタックエンジニアと呼ばれるのだろう。
また、DevOpsとは、そういうフルスタックエンジニアがアプリ層からインフラ層までコントロールして、開発も運用も一体化するプロセスを指すのだろう。