API GatewayとService Discovery：シームレスなマイクロサービス統合

デジタル時代において、アプリケーションプログラミングインターフェース（API）は、異なるシステムやサービス間の通信の基盤となっています。

マイクロサービスアーキテクチャの普及に伴い、APIゲートウェイとサービスディスカバリの重要性がますます高まっています。APIゲートウェイはマイクロサービスアーキテクチャの入口として機能し、すべての外部リクエストを処理し、内部サービス間の通信を調整します。一方、サービスディスカバリは、システムが動的に正しいサービスインスタンスを見つけて接続できるようにします。

これらは一緒になって、効率的で柔軟性があり、スケーラブルな分散システムを構築します。この記事では、APIゲートウェイとサービスディスカバリの関係、およびそれらが現代の分散システムにおいて果たす重要な役割について詳しく説明します。

APIゲートウェイとサービスディスカバリ

マイクロサービスアーキテクチャの入口として、APIゲートウェイはすべての外部リクエストを処理し、内部サービスとの通信を容易にします。その主な機能は以下の通りです：

• リクエストのルーティングと転送: リクエストの特性に基づいて、対応するサービスにリクエストをルーティングします。
• アクセス制御とセキュリティ認証: 許可されたユーザーやシステムのみがAPIにアクセスできるようにします。
• 負荷分散とキャッシュ: リクエストをさまざまなサービスインスタンスに均等に分散し、バックエンドサービスへのリクエストを減らすためにキャッシュを提供することで、サービスパフォーマンスを最適化します。
• ロギングと分析: APIの使用データを収集し分析し、ビジネス意思決定をサポートします。

サービスディスカバリは、分散システム内で利用可能なサービスインスタンスを自動的に見つけるためのメカニズムです。サービスの数が多く、動的に変化する場合、サービスディスカバリは非常に重要になります。サービス登録とディスカバリの原則は以下の通りです：

• サービス登録: サービスが起動すると、その情報（IPアドレス、ポート番号など）をサービスレジストリに登録します。
• サービスディスカバリ: 他のサービスがこのサービスを呼び出す必要がある場合、サービスレジストリをクエリして利用可能なサービスインスタンスを見つけ、通信するための1つを選択します。

APIゲートウェイとサービスディスカバリの関係

APIゲートウェイは、すべての外部リクエストを処理し、それらを正しいサービスインスタンスにインテリジェントにルーティングする「門番」として機能します。APIゲートウェイとサービスディスカバリは、マイクロサービスアーキテクチャにおいて相互依存しており、安定性とスケーラビリティを提供します。

サービスディスカバリを導入する前は、APIゲートウェイは手動設定に依存して上流サービスのアドレスを指定していました。サービスインスタンスのアドレスが変更されると（アップグレード、バックアップインスタンスへの緊急切り替え、トラフィック増加によるサービスインスタンスのスケールアウトなど）、管理者はAPIゲートウェイの設定を手動で更新する必要がありました。このアプローチは非効率的であるだけでなく、正確性とタイムリーさを保証することも困難でした。

サービスディスカバリメカニズムを通じて、APIゲートウェイはサービスレジストリに動的に接続し、リアルタイムで最新の上流サービスインスタンスのアドレスを自動的に取得し、リクエストが新しいサービスに正確にルーティングされるようにします。

同時に、サービスディスカバリメカニズムは、APIゲートウェイに障害状況を迅速に通知し、利用不可能なサービスにリクエストがルーティングされるのを効果的に回避します。サービスレジストリのアドレスとサービス名を設定することで、APIゲートウェイは環境間での設定の再利用、設定作業の削減、設定の再利用と正確性の向上において大きな進歩を遂げました。

KubernetesサービスディスカバリとAPIゲートウェイ統合の実践的な応用

Kubernetesベースのマイクロサービスアーキテクチャシステムを想定し、ユーザーサービス、注文サービス、支払いサービスなど複数のサービスをデプロイしているとします。各サービスには複数のレプリカ（Pod）があり、これらのレプリカのIPアドレスとポート番号は、コンテナの作成と破棄に伴って動的に変化します。

このシナリオでは、APIゲートウェイを使用して外部リクエストを処理し、それらを正しいKubernetesサービスにインテリジェントにルーティングしたいと考えています。同時に、Kubernetesのサービスディスカバリメカニズムを活用して、サービスインスタンスを動的に発見および管理します。

ステップ1: サービスのデプロイと登録

Kubernetesでは、DeploymentsまたはStatefulSetsを使用してサービスをデプロイし、対応するServicesを作成してサービス抽象化を行います。Kubernetes Servicesは、バックエンドのPodに対して自動的に負荷分散を提供し、サービス名を安定したクラスタ内部のIPアドレスとポート番号にマッピングします。

Podが作成または破棄されると、KubernetesのService Controllerは自動的にサービスのEndpointオブジェクトを更新します。これらのEndpointオブジェクトには、関連するすべてのPodのIPアドレスとポート番号が含まれています。これらのEndpointオブジェクトは、KubernetesのAPIサーバーに保存され、他のコンポーネントがクエリできるようになります。

ステップ2: APIゲートウェイのデプロイと設定

API7 Enterpriseを例にとると、ゲートウェイグループでKubernetesサービスレジストリのアドレスに接続します。ゲートウェイグループにサービスを公開する際、手動で上流のインスタンスアドレスを入力する代わりに、このKubernetesレジストリを選択し、その中のネームスペースと対応するServiceを指定します。API7 Enterpriseは、KubernetesのAPIサーバーから対応するサービスのEndpoint情報を自動的に取得し、サービスの上流アドレスとして使用します。

ステップ3: リクエストの処理

APIゲートウェイが外部リクエストを受信すると、設定されたルーティングルールに基づいて、どのサービスにリクエストをルーティングするかを決定します。その後、KubernetesのAPIサーバーにクエリを実行して最新の上流情報を取得します。APIゲートウェイはこの情報からインスタンスを選択し（異なる負荷分散戦略に基づいて）、リクエストをそのインスタンスに転送します。Endpoint情報は動的に更新されるため、APIゲートウェイはPodの作成、破棄、移行を自動的に処理し、リクエストが常に利用可能な上流にルーティングされるようにします。

ステップ4: サービスディスカバリと更新

Kubernetesでは、サービスディスカバリは自動的に行われます。Podの状態が変化すると（作成、破棄、移行など）、KubernetesのService Controllerは自動的に対応するサービスのEndpointオブジェクトを更新します。

APIゲートウェイは定期的にKubernetesのAPIサーバーから最新のEndpoint情報を取得し、この情報に基づいて上流を更新します。これにより、APIゲートウェイはサービス状態の変化を即座に感知し、自動的にルーティングルールを調整して、リクエストが利用可能なサービスインスタンスに正しくルーティングされるようにします。

結論

APIゲートウェイとKubernetesサービスディスカバリの統合を通じて、システムは動的なサービス登録とディスカバリ、インテリジェントなルーティング、負荷分散を実現できます。このアプローチにより、システムの設定と管理が簡素化され、システムの信頼性とスケーラビリティが向上し、Kubernetesが提供する強力な機能を十分に活用して、マイクロサービスアーキテクチャのデプロイと運用がより簡単で効率的になります。