スケールアウト（水平拡張）

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スケールアウトとは

スケールアウトとは、サーバの台数を増やして全体の処理能力を高める方式のことです。1台ずつの性能は変えずに、同じようなサーバを何台も並べて仕事を分担させます。

ただ台数を増やすだけでは仕事は振り分けられないため、前段にロードバランサ（＝負荷分散装置）を置きます。届いたリクエスト（＝利用者からの処理要求）を、各サーバへ均等に振り分ける役割を担います。

身近な例で考えると、スーパーのレジを増やすのと同じです。1つのレジを速くする（スケールアップ）のではなく、レジ台数を増やして案内係（ロードバランサ）が空いたレジへお客さんを誘導すれば、行列をどんどんさばけるようになります。

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水平拡張の意味

スケールアウトは英語で水平拡張（horizontal scaling）とも呼ばれます。サーバを「横に並べて広げていく」イメージから、この呼び名が付いています。

水平拡張の大きな利点は次の2つです。
・拡張性が高い：台数を足せば理論上ほぼ無限に処理能力を伸ばせる
・可用性が高い：1台が故障しても、残りのサーバで処理を継続できる

可用性（かようせい）とは「サービスが止まらず使い続けられる度合い」のことです。複数台に分けておけば、1台がダウンしてもサービス全体は動き続けられるため、安定したサービス運営につながります。

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スケールアップとの比較

スケールアップ（1台を強化＝垂直拡張）とスケールアウト（台数を増やす＝水平拡張）は、対になる拡張方式です。違いを表で整理します。

どちらが優れているという話ではなく、状況に応じて使い分けるのがポイントです。手早く性能を上げたいときはスケールアップ、止まらず大きく伸ばしたいときはスケールアウト、と覚えておくと整理しやすくなります。実際の現場では両方を組み合わせて使うこともよくあります。

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なぜ台数を増やせるのか

スケールアウトで台数を増やすためには、各サーバが「ステートレス（状態を持たない）」であることが大切です。ステートレスとは、リクエスト（要求）を処理する際に、以前の処理結果を自分の中に覚えていない状態のことです。

なぜステートレスが必要なのか。例えばショッピングサイトで「カートに商品を入れた」という情報を、サーバ1号機だけが覚えていたとします。次のリクエストがサーバ2号機に振り分けられると、「カートの中身を知らない」2号機は正しく応答できません。そこで、状態（カートの中身・ログイン情報など）はデータベースやセッション管理の仕組みに外出しして、どのサーバからでも参照できるようにします。

身近な例では、コンビニのバイトが増えても困らない仕組みと同じです。注文の記録はレジシステム（共有DB）に入っているので、どのバイト（サーバ）が対応しても同じ情報が見えます。「あのバイトじゃないと分からない」状態をなくすことが、スケールアウトの前提です。

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ロードバランサの振り分け方

ロードバランサ（LB＝Load Balancer、負荷分散装置）は、届いたリクエストをどのサーバへ送るかを判断する装置です。代表的な振り分け方法は次のとおりです。

・ラウンドロビン：サーバを順番に1台ずつ使い回す。最もシンプルで、負荷が均等になりやすい
・最少接続数：現在の接続数が一番少ないサーバへ振り分ける。処理の重さが違う場合に有効
・IPハッシュ：利用者のIPアドレスをもとに担当サーバを固定する。同じ利用者が毎回同じサーバにつながる

ロードバランサは「交通整理役」です。信号のない交差点に交通整理員を1人置くと、車（リクエスト）がスムーズに各道路（サーバ）へ流れるイメージです。ロードバランサがあるおかげで、利用者はどのサーバに接続しているかを意識せずにサービスを使えます。なお、ロードバランサ自体が1台だけだと、そこが壊れたときにサービス全体が止まる弱点があるため、実際にはロードバランサも複数台で冗長化（二重化）することが多いです。

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練習問題