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Day 10

科学と神々株式会社 Advent Calendar 2025

@jasagiri

Hybrid License System Day 10: API Gatewayの最適化

Last updated at Posted at 2025-12-09

🎄 科学と神々株式会社 アドベントカレンダー 2025

Hybrid License System Day 10: API Gatewayの最適化

API Gateway編 (5/5)

📖 はじめに

Day 10では、API Gatewayの最適化を学びます。Redisキャッシング、コネクションプーリング、圧縮、パフォーマンスチューニングを実装し、高速で効率的なAPI Gatewayを構築しましょう。

🚀 Redisキャッシング戦略

Redis導入

npm install redis
npm install express-redis-cache

Redis接続設定

// api-gateway/src/config/redis.js
const redis = require('redis');

const redisClient = redis.createClient({
  host: process.env.REDIS_HOST || 'localhost',
  port: process.env.REDIS_PORT || 6379,
  password: process.env.REDIS_PASSWORD || undefined,
  db: process.env.REDIS_DB || 0
});

redisClient.on('connect', () => {
  console.log('Redis connected');
});

redisClient.on('error', (err) => {
  console.error('Redis error:', err);
});

module.exports = redisClient;

レスポンスキャッシング

// api-gateway/src/middleware/cache.js
const redisClient = require('../config/redis');

function cacheMiddleware(ttl = 60) {
  return async (req, res, next) => {
    // GETリクエストのみキャッシュ
    if (req.method !== 'GET') {
      return next();
    }

    // 認証済みリクエストはキャッシュしない（ユーザー固有データのため）
    if (req.headers.authorization) {
      return next();
    }

    const key = `cache:${req.originalUrl || req.url}`;

    try {
      // キャッシュから取得
      const cachedResponse = await redisClient.get(key);

      if (cachedResponse) {
        // キャッシュヒット
        console.log(`Cache HIT: ${key}`);
        res.setHeader('X-Cache', 'HIT');
        return res.json(JSON.parse(cachedResponse));
      }

      // キャッシュミス
      console.log(`Cache MISS: ${key}`);
      res.setHeader('X-Cache', 'MISS');

      // オリジナルのres.jsonを保存
      const originalJson = res.json.bind(res);

      // res.jsonをオーバーライド
      res.json = function(body) {
        // レスポンスをキャッシュに保存
        redisClient.setex(key, ttl, JSON.stringify(body));
        return originalJson(body);
      };

      next();
    } catch (error) {
      console.error('Cache error:', error);
      // キャッシュエラー時は通常処理
      next();
    }
  };
}

module.exports = cacheMiddleware;

使用例

// api-gateway/src/routes/admin.js
const cacheMiddleware = require('../middleware/cache');

// 統計情報を5分間キャッシュ
router.get('/stats', cacheMiddleware(300), async (req, res) => {
  const response = await axios.get(`${ADMIN_SERVICE_URL}/stats`);
  res.json(response.data);
});

// ダッシュボードデータを1分間キャッシュ
router.get('/dashboard', cacheMiddleware(60), async (req, res) => {
  const response = await axios.get(`${ADMIN_SERVICE_URL}/dashboard`);
  res.json(response.data);
});

キャッシュ無効化

// api-gateway/src/utils/cacheInvalidation.js
const redisClient = require('../config/redis');

async function invalidateCache(pattern) {
  try {
    const keys = await redisClient.keys(`cache:${pattern}`);

    if (keys.length > 0) {
      await redisClient.del(keys);
      console.log(`Invalidated ${keys.length} cache entries matching: ${pattern}`);
    }
  } catch (error) {
    console.error('Cache invalidation error:', error);
  }
}

// 使用例: ライセンスアクティベーション後にキャッシュ無効化
router.post('/license/activate', async (req, res) => {
  const response = await axios.post(`${AUTH_SERVICE_URL}/activate`, req.body);

  // 統計情報のキャッシュを無効化
  await invalidateCache('/api/v1/admin/stats*');
  await invalidateCache('/api/v1/admin/dashboard*');

  res.json(response.data);
});

module.exports = { invalidateCache };

🔗 コネクションプーリング

HTTPエージェントの設定

// api-gateway/src/config/httpClient.js
const axios = require('axios');
const http = require('http');
const https = require('https');

// HTTP/HTTPS エージェント設定
const httpAgent = new http.Agent({
  keepAlive: true,               // Keep-Alive有効化
  keepAliveMsecs: 1000,         // Keep-Alive初期遅延
  maxSockets: 100,              // 最大同時ソケット数
  maxFreeSockets: 10,           // プールに保持する空きソケット数
  timeout: 60000,               // ソケットタイムアウト
  freeSocketTimeout: 30000      // 空きソケットタイムアウト
});

const httpsAgent = new https.Agent({
  keepAlive: true,
  keepAliveMsecs: 1000,
  maxSockets: 100,
  maxFreeSockets: 10,
  timeout: 60000,
  freeSocketTimeout: 30000
});

// axiosインスタンス作成
const httpClient = axios.create({
  httpAgent,
  httpsAgent,
  timeout: 10000  // リクエストタイムアウト
});

// リクエストインターセプター
httpClient.interceptors.request.use(
  (config) => {
    console.log(`HTTP ${config.method.toUpperCase()} ${config.url}`);
    return config;
  },
  (error) => {
    return Promise.reject(error);
  }
);

// レスポンスインターセプター
httpClient.interceptors.response.use(
  (response) => {
    return response;
  },
  (error) => {
    console.error(`HTTP Error: ${error.message}`);
    return Promise.reject(error);
  }
);

module.exports = httpClient;

使用例

// api-gateway/src/routes/auth.js
const httpClient = require('../config/httpClient');

router.post('/license/activate', async (req, res) => {
  try {
    // httpClientを使用（コネクションプーリング有効）
    const response = await httpClient.post(
      `${AUTH_SERVICE_URL}/activate`,
      req.body,
      {
        headers: {
          'X-Service-Secret': process.env.SERVICE_SECRET,
          'X-Request-ID': req.id
        }
      }
    );

    res.json(response.data);
  } catch (error) {
    handleProxyError(error, res);
  }
});

📦 レスポンス圧縮

compression導入

npm install compression

圧縮設定

// api-gateway/src/server.js
const compression = require('compression');

// 圧縮ミドルウェア
app.use(compression({
  // 圧縮レベル（0-9、デフォルト6）
  level: 6,

  // 圧縮する最小バイトサイズ
  threshold: 1024,  // 1KB以上

  // 圧縮するContent-Type
  filter: (req, res) => {
    // リクエストでno-transformが指定されていれば圧縮しない
    if (req.headers['cache-control'] &&
        req.headers['cache-control'].includes('no-transform')) {
      return false;
    }

    // デフォルトのフィルター関数を使用
    return compression.filter(req, res);
  }
}));

圧縮効果の測定

// api-gateway/src/middleware/compressionLogger.js
function compressionLogger(req, res, next) {
  const originalWrite = res.write;
  const originalEnd = res.end;
  let uncompressedSize = 0;

  res.write = function(chunk, ...args) {
    if (chunk) {
      uncompressedSize += chunk.length;
    }
    return originalWrite.apply(res, [chunk, ...args]);
  };

  res.end = function(chunk, ...args) {
    if (chunk) {
      uncompressedSize += chunk.length;
    }

    const compressedSize = res.getHeader('content-length');
    if (compressedSize && uncompressedSize > 0) {
      const ratio = ((1 - compressedSize / uncompressedSize) * 100).toFixed(2);
      console.log(`Compression: ${uncompressedSize} → ${compressedSize} bytes (${ratio}% reduction)`);
    }

    return originalEnd.apply(res, [chunk, ...args]);
  };

  next();
}

module.exports = compressionLogger;

⚡ パフォーマンスチューニング

クラスタリング（マルチコアCPU活用）

// api-gateway/src/cluster.js
const cluster = require('cluster');
const os = require('os');

if (cluster.isMaster) {
  const numCPUs = os.cpus().length;

  console.log(`Master process ${process.pid} is running`);
  console.log(`Forking ${numCPUs} workers...`);

  // ワーカープロセスをフォーク
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  // ワーカーが終了した場合、新しいワーカーを起動
  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`);
    console.log('Starting a new worker...');
    cluster.fork();
  });
} else {
  // ワーカープロセスでサーバー起動
  require('./server');
  console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}

並行リクエスト最適化

// api-gateway/src/routes/dashboard.js
router.get('/dashboard', async (req, res) => {
  try {
    // 複数のバックエンドサービスに並行リクエスト
    const [authStats, adminStats, licenseStats] = await Promise.all([
      httpClient.get(`${AUTH_SERVICE_URL}/stats`, { timeout: 3000 }),
      httpClient.get(`${ADMIN_SERVICE_URL}/stats`, { timeout: 3000 }),
      httpClient.get(`${AUTH_SERVICE_URL}/licenses/stats`, { timeout: 3000 })
    ]);

    res.json({
      auth: authStats.data,
      admin: adminStats.data,
      licenses: licenseStats.data,
      timestamp: new Date().toISOString()
    });
  } catch (error) {
    handleProxyError(error, res);
  }
});

タイムアウト設定の最適化

// api-gateway/src/config/timeouts.js
module.exports = {
  // サービス別タイムアウト設定
  auth: {
    default: 5000,      // 5秒
    activation: 10000,  // アクティベーションは10秒
    validation: 3000    // 検証は3秒
  },
  admin: {
    default: 10000,     // 10秒（集計処理が重い）
    stats: 15000,       // 統計は15秒
    dashboard: 20000    // ダッシュボードは20秒
  }
};

// 使用例
const timeouts = require('../config/timeouts');

router.post('/license/activate', async (req, res) => {
  const response = await httpClient.post(
    `${AUTH_SERVICE_URL}/activate`,
    req.body,
    { timeout: timeouts.auth.activation }
  );
  res.json(response.data);
});

📊 パフォーマンスモニタリング

パフォーマンスメトリクス

// api-gateway/src/middleware/performanceMonitoring.js
const { performance } = require('perf_hooks');

function performanceMonitoring(req, res, next) {
  const start = performance.now();

  res.on('finish', () => {
    const duration = performance.now() - start;
    const route = req.route?.path || req.path;

    // パフォーマンスデータをログ
    console.log({
      type: 'performance',
      method: req.method,
      route,
      duration: `${duration.toFixed(2)}ms`,
      statusCode: res.statusCode,
      contentLength: res.getHeader('content-length'),
      cached: res.getHeader('x-cache') === 'HIT'
    });

    // 遅いリクエストを警告
    if (duration > 1000) {
      console.warn(`SLOW REQUEST: ${req.method} ${route} took ${duration.toFixed(2)}ms`);
    }
  });

  next();
}

module.exports = performanceMonitoring;

メモリ使用量モニタリング

// api-gateway/src/utils/memoryMonitor.js
function startMemoryMonitoring(interval = 60000) {
  setInterval(() => {
    const usage = process.memoryUsage();

    console.log({
      type: 'memory',
      rss: `${(usage.rss / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB`,
      heapTotal: `${(usage.heapTotal / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB`,
      heapUsed: `${(usage.heapUsed / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB`,
      external: `${(usage.external / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB`
    });

    // メモリ使用量が500MBを超えたら警告
    if (usage.heapUsed > 500 * 1024 * 1024) {
      console.warn('HIGH MEMORY USAGE: Heap exceeds 500MB');
    }
  }, interval);
}

module.exports = { startMemoryMonitoring };

🔧 最適化設定の統合

統合されたサーバー設定

// api-gateway/src/server.js
const express = require('express');
const compression = require('compression');
const applySecurity = require('./middleware/security');
const cacheMiddleware = require('./middleware/cache');
const performanceMonitoring = require('./middleware/performanceMonitoring');
const { startMemoryMonitoring } = require('./utils/memoryMonitor');

const app = express();

// 1. セキュリティミドルウェア
applySecurity(app);

// 2. 圧縮ミドルウェア
app.use(compression({ level: 6, threshold: 1024 }));

// 3. パフォーマンスモニタリング
app.use(performanceMonitoring);

// 4. JSONパース（サイズ制限）
app.use(express.json({ limit: '10kb' }));

// 5. ルーター設定
const authRoutes = require('./routes/auth');
const adminRoutes = require('./routes/admin');

app.use('/api/v1/license', authRoutes);
app.use('/api/v1/admin', adminRoutes);

// 6. メモリモニタリング開始
startMemoryMonitoring(60000);

// サーバー起動
const PORT = process.env.PORT || 3000;
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Optimized API Gateway running on port ${PORT}`);
});

module.exports = app;

📈 ベンチマーク

Apache Benchによる負荷テスト

# 基本的な負荷テスト
ab -n 1000 -c 10 http://localhost:3000/api/v1/health

# 結果例:
# Requests per second: 1500 [#/sec]
# Time per request: 6.67 [ms] (mean)
# Transfer rate: 300 [Kbytes/sec]

# ライセンスアクティベーション負荷テスト
ab -n 100 -c 5 -p activate.json -T application/json \
   http://localhost:3000/api/v1/license/activate

autocannon（Node.js製ベンチマークツール）

npm install -g autocannon

# ベンチマーク実行
autocannon -c 100 -d 30 http://localhost:3000/api/v1/health

# 結果例:
# Latency (ms): avg=10, max=50, p99=45
# Throughput (req/sec): 10000
# Errors: 0

🎯 次のステップ

Day 11では、Auth Serviceのアーキテクチャについて学びます。サービス構造、better-sqlite3、BCrypt、JWTの実装を詳しく理解しましょう。

🔗 関連リンク

次回予告: Day 11では、Auth Serviceの内部構造とBCrypt・JWT実装の詳細を解説します！

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