障害を適切に処理するシステムをどのように設計しますか？

Question

Accepted Answer

スケール時には、**障害は避けられない** — サーバーがクラッシュし、ネットワークが故障し、依存関係が利用できなくなります。障害を想定した設計とは、すべてが動作することを前提とするのではなく、**障害に耐え、障害から適切に回復するシステムを構築する**ことです。これは信頼できるシステムに不可欠です。

## 障害を想定した設計（マインドセット）

```text
ASSUME things WILL fail → at scale, failures are NORMAL, not exceptional:
  → servers crash, networks partition, disks fail, dependencies go down, traffic spikes
  → design systems to EXPECT and HANDLE failures gracefully (not assume everything works)
→ "everything fails all the time" → build resilience in.
```

## レジリエンス技法

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✓ REDUNDANCY → multiple instances, no single point of failure (failover to healthy ones)
✓ RETRIES (with backoff) → retry transient failures (with exponential backoff + jitter to
  avoid overwhelming a recovering service)
✓ TIMEOUTS → don't wait forever for a failing dependency (fail fast)
✓ CIRCUIT BREAKERS → stop calling a failing service temporarily (prevent cascading failures;
  give it time to recover) → fail fast and fall back
✓ GRACEFUL DEGRADATION → reduced functionality vs total failure (e.g. show cached/partial
  data if a service is down)
✓ FALLBACKS → a default/alternative when something fails
✓ BULKHEADS / isolation → contain failures (one part failing doesn't sink everything)
```

## カスケード障害の防止

```text
⚠️ CASCADING failures → one failure triggers others (e.g. a slow service exhausts callers'
  resources → they fail too → spreads)
→ prevent with: timeouts, circuit breakers, isolation/bulkheads, load shedding, backpressure
✓ MONITORING/alerting → detect failures fast; test failure scenarios (chaos engineering)
```

## なぜ重要なのか

障害を適切に処理するシステム設計方法を理解することは価値があります。なぜなら、**スケール時には障害は避けられない**ため、障害を想定した設計は信頼できるシステムに不可欠であり、重要なシステム設計の知識だからです。

基本的なマインドセット — **物事は失敗すると前提する**（スケール時には、障害は例外ではなく通常の現象であり、サーバーはクラッシュし、ネットワークは分割され、依存関係は停止します）し、すべてが動作することを前提とするのではなく、障害を予測して適切に処理するようにシステムを設計する — これが信頼できるシステムの構築の基礎であり、「すべてのものは常に故障する」という原則に示されています。**レジリエンス技法**を理解することは実践的な重要な知識です：**冗長性**（単一障害点がない）、**リトライと指数バックオフ**（一時的な障害を処理し、指数バックオフとジッターで回復中のサービスに過度な負荷をかけないようにする）、**タイムアウト**（永遠に待つのではなく高速に失敗する）、**サーキットブレーカー**（障害のあるサービスへの呼び出しを停止して、カスケード障害を防ぎ、回復させる）、**グレースフルデグラデーション**（完全な障害ではなく機能を削減する、キャッシュデータを表示するなど）、**フォールバック**、および**バルクヘッド/分離**（障害を封じ込める）。

これらの技法により、システムは避けられない障害に耐え、回復することができます。

**カスケード障害を回避する方法**を理解すること — 1つの障害が他の障害をトリガーする場合（遅いサービスが呼び出し元のリソースを枯渇させ、障害を広げる）、タイムアウト、サーキットブレーカー、分離、負荷削減、バックプレッシャーで防止される — は特に重要です。なぜなら、カスケード障害は小さな問題を大規模な障害に変えるからです。

監視とカオスエンジニアリングなどの障害シナリオテストの役割を理解することで、全体像が完成します。

スケール時には障害は避けられず、障害を想定した設計（設計思想とレジリエンス技法を使用）は信頼できるシステムに不可欠であり、マインドセット、技法、およびカスケード障害防止の理解は堅牢なシステムを構築するために重要であるため、障害を想定した設計方法の理解は価値のある実用的で重要なシステム設計の知識です — スケール時の避けられない障害に耐える信頼できるシステムを構築するために不可欠であり、冗長性、リトライ、サーキットブレーカー、グレースフルデグラデーションを通じたレジリエンスの中核であり、堅牢なシステムを脆弱なシステムと区別する設計思想を反映しています。