Docker イメージレイヤーとビルドキャッシングはどのように動作するのか?

Question

Accepted Answer

Docker イメージは**レイヤー**として構築されます。Dockerfile の各命令がレイヤーを作成し、Docker は**キャッシング**を行ってリビルドを高速化します。レイヤーとキャッシングを理解することは、高速にビルドでき、小さいイメージを生成する効率的な Dockerfile を書くための鍵となります。

## レイヤー — 各命令がレイヤーを追加

```text
Each Dockerfile instruction (FROM, RUN, COPY, etc.) creates a read-only LAYER:
  → layers stack to form the image; layers are CACHED and SHARED between images
  → if a layer is unchanged, Docker REUSES the cached layer (skips rebuilding it)
→ Layer caching makes rebuilds fast — only changed layers (and those AFTER) rebuild.
```

## キャッシングルール（順序が重要）

```text
Docker caches layers IN ORDER. When an instruction's input changes, that layer AND
ALL layers AFTER IT are rebuilt (cache invalidated from that point down).
→ Put STABLE things EARLY and FREQUENTLY-CHANGING things LATE in the Dockerfile.
```

## クラシックな最適化: 依存ファイルの後にコード

```dockerfile
# ✅ GOOD — copy dependency manifest first, install, THEN copy code
COPY package*.json ./
RUN npm install          # this layer is cached UNLESS package.json changes
COPY . .                 # code changes here don't invalidate the npm install layer

# ❌ BAD — copy everything first
COPY . .                 # ANY code change invalidates...
RUN npm install          # ...so npm install RE-RUNS on every code change (slow!)
```

依存ファイルをコピーしてインストールを実施した**後に**、残りのコードをコピーすることで、（遅い）依存インストールレイヤーはコード変更全体でキャッシュされたままになります。これは非常に重要な最適化で、リビルドを高速にします。

## イメージサイズの削減

```text
✓ Combine related RUN commands (fewer layers) and clean up in the SAME layer
  RUN apt-get update && apt-get install -y x && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
✓ Use small base images (alpine, slim, distroless)
✓ Use .dockerignore to exclude unneeded files from the build context
✓ Use multi-stage builds (build artifacts in one stage, copy only what's needed)
```

## なぜ重要なのか

Docker レイヤーとビルドキャッシングを理解することは、**高速にビルドでき、小さいイメージを生成する効率的な Dockerfile を書く**ために重要です。これは開発者の生産性とデプロイメントに大きく影響する価値のある実践的知識です。

基本概念 — 各 Dockerfile 命令がキャッシュ可能で再利用可能な**レイヤー**を作成し、Docker は**変更されていないキャッシュレイヤーを再利用**しながら変更されたレイヤーとその後のすべてをリビルドする — はビルドを高速にする方法を説明しています。

**重要なキャッシングルール**（最初の変更命令からキャッシュは無効化されるため、順序が重要: 安定したものを前に、頻繁に変更するものを後に）は、**最も重要な単一の最適化**を推進します: 依存ファイルをコピーし、アプリケーションコードをコピーする**前に**依存ファイルをインストールすることで、遅い依存インストールレイヤーは頻繁なコード変更全体でキャッシュされたままになります（コード変更するたびに `npm install`/`pip install` を再実行する代わりに — 高速なリビルドと非常に遅いリビルドの違いです）。

このパターンだけを理解するだけで、ビルド時間を劇的に改善でき、これは継続的な開発者体験の懸念事項です。

**イメージサイズを削減する**テクニック（RUN コマンドとクリーンアップを同じレイヤーで組み合わせる、小さいベースイメージ（alpine、slim、distroless）を使用する、不要なファイルを除外するために `.dockerignore` を使用する、マルチステージビルド）を理解することで、より小さく、デプロイが高速なイメージが生成されます（ストレージ、転送時間、攻撃面を削減）。

Docker ビルドは絶えず発生し（開発と CI/CD で）、遅いビルドや太ったイメージは生産性とデプロイメントを損傷し、レイヤーとキャッシングを理解することは高速にビルドされ、小さなままである Dockerfile を書くことを可能にするため、Docker レイヤーとビルドキャッシング — レイヤーモデル、順序依存のキャッシングルール、依存ファイルの前のコード最適化、サイズ削減テクニック — は効率的な Docker 使用のための価値あり、頻繁に適用される知識です。これは高速で無駄のない Dockerfile を書くことと、遅いビルドと太ったイメージに悩む者を区別する重要なスキルです。