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公開：2024-09-04

Pub-Subモデルとは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

Pub-Subモデルとは

Pub-Subモデルは、パブリッシャーとサブスクライバーの間で疎結合なメッセージング通信を実現するアーキテクチャパターンです。このモデルでは、メッセージの送信者と受信者が直接通信することなく、メッセージブローカーを介してメッセージをやり取りします。

パブリッシャーは、特定のトピックに関連するメッセージを生成し、それをメッセージブローカーに発行(パブリッシュ)します。一方、サブスクライバーは、関心のあるトピックを指定してメッセージブローカーに登録(サブスクライブ)し、該当するメッセージを受信できるようになるのです。

Pub-Subモデルの特徴は、パブリッシャーとサブスクライバーが疎結合であることです。つまり、お互いの存在を知る必要がなく、それぞれが独立して動作できます。この疎結合性により、システムの拡張性や柔軟性が高まるでしょう。

また、Pub-Subモデルはスケーラビリティにも優れています。メッセージブローカーがメッセージのルーティングを担うため、パブリッシャーとサブスクライバーの数を柔軟に増減できます。これにより、システムの負荷分散や障害対策が容易になります。

Pub-Subモデルは、リアルタイムなデータ配信や非同期通信が求められるシステムに適しています。例えば、IoTシステムやストリーミングプラットフォーム、ニュース配信サービスなどで広く利用されているのです。

Pub-Subモデルにおけるメッセージブローカーの役割

「Pub-Subモデルにおけるメッセージブローカーの役割」に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• メッセージのルーティングと配信
• メッセージの永続化と信頼性の確保
• メッセージのフィルタリングと変換

メッセージのルーティングと配信

メッセージブローカーは、パブリッシャーから受け取ったメッセージを適切なサブスクライバーにルーティングし、配信する役割を担っています。パブリッシャーがメッセージを特定のトピックに発行すると、ブローカーはそのトピックを購読しているサブスクライバーにメッセージを転送するのです。

このルーティングと配信のプロセスにより、パブリッシャーとサブスクライバーは直接通信する必要がなくなります。それぞれが独立して動作できるため、システムの疎結合性が高まり、柔軟性や拡張性が向上するでしょう。

また、メッセージブローカーは複数のサブスクライバーに同じメッセージを配信できます。これにより、一対多の通信が実現され、効率的なデータ配信が可能になります。

メッセージの永続化と信頼性の確保

メッセージブローカーは、受信したメッセージを一時的に保存し、永続化する機能を持っています。これにより、サブスクライバーがオフラインの状態でもメッセージを失うことなく、後で受信できるようになるのです。

また、メッセージブローカーは信頼性の高い配信を保証します。メッセージの送信が失敗した場合、ブローカーは自動的に再送を試みるなどの機能を提供します。これにより、メッセージの欠落や重複を防ぎ、データの整合性を維持できるでしょう。

永続化と信頼性の確保により、Pub-Subモデルは重要なデータの配信に適しています。例えば、金融取引やヘルスケアシステムなど、データの損失が許容されないシステムで活用されています。

メッセージのフィルタリングと変換

メッセージブローカーは、受信したメッセージに対してフィルタリングや変換を行うことができます。サブスクライバーは、購読するトピックに加えて、特定の条件を指定してメッセージをフィルタリングできるのです。

例えば、温度センサーからのデータを購読する際に、特定の温度範囲のデータのみを受信するようにフィルタリングできます。これにより、サブスクライバーは必要なデータだけを効率的に受け取ることができるでしょう。

また、メッセージブローカーはメッセージの形式を変換する機能も提供します。パブリッシャーとサブスクライバーが異なるデータ形式を使用している場合でも、ブローカーが仲介することで、シームレスな通信が可能になります。

Pub-Subモデルの具体的な活用例

「Pub-Subモデルの具体的な活用例」に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• IoTシステムでのセンサーデータ収集
• ニュース配信プラットフォームでのリアルタイム更新
• マイクロサービスアーキテクチャでの疎結合通信

IoTシステムでのセンサーデータ収集

IoTシステムでは、多数のセンサーからリアルタイムにデータを収集する必要があります。Pub-Subモデルを採用することで、センサーをパブリッシャーとして扱い、収集したデータをメッセージブローカーに発行できるのです。

データ分析基盤やモニタリングシステムなどのサブスクライバーは、必要なセンサーデータをメッセージブローカーから購読し、リアルタイムに処理できます。これにより、IoTシステムの柔軟性と拡張性が向上するでしょう。

また、メッセージブローカーがデータの永続化を担うため、センサーの一時的な通信障害によるデータ欠損を防ぐことができます。

ニュース配信プラットフォームでのリアルタイム更新

ニュース配信プラットフォームでは、最新のニュースをリアルタイムにユーザーに届ける必要があります。Pub-Subモデルを活用することで、ニュース配信元をパブリッシャーとし、新着ニュースをメッセージブローカーに発行できるのです。

ユーザーアプリケーションやウェブサイトなどのサブスクライバーは、関心のあるカテゴリやキーワードを指定してニュースを購読できます。これにより、ユーザーは自分に関連するニュースをリアルタイムに受け取れるでしょう。

また、メッセージブローカーのスケーラビリティにより、大量のユーザーからの同時アクセスにも対応できます。

マイクロサービスアーキテクチャでの疎結合通信

マイクロサービスアーキテクチャでは、複数の独立したサービスが連携して機能を提供します。Pub-Subモデルを採用することで、サービス間の疎結合な通信を実現できるのです。

各マイクロサービスは、イベントやメッセージをメッセージブローカーに発行し、他のサービスはそれらを必要に応じて購読します。これにより、サービス間の直接的な依存関係が減り、システムの柔軟性と変更容易性が高まるでしょう。

また、メッセージブローカーによる非同期通信により、サービス間の応答待ちによるパフォーマンス低下を防ぐことができます。

Pub-Subモデルの課題とその対策

「Pub-Subモデルの課題とその対策」に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• メッセージの順序保証と重複排除
• メッセージブローカーの単一障害点化
• サブスクライバーの過負荷とバックプレッシャー

メッセージの順序保証と重複排除

Pub-Subモデルでは、メッセージの到着順序が保証されないことがあります。パブリッシャーから発行された順序とサブスクライバーが受信する順序が異なる可能性があるのです。

この課題に対しては、メッセージにシーケンス番号を付与することで対処できます。サブスクライバーは受信したメッセージのシーケンス番号を確認し、順序を認識できるでしょう。

また、ネットワーク障害などによりメッセージが重複して配信される可能性もあります。これに対しては、メッセージに一意のIDを割り当て、サブスクライバーが重複を検出・排除する機能を実装する必要があります。

メッセージブローカーの単一障害点化

Pub-Subモデルでは、メッセージブローカーが中心的な役割を担うため、ブローカーが単一障害点になる可能性があります。ブローカーに障害が発生すると、システム全体が停止してしまう恐れがあるのです。

この課題に対しては、メッセージブローカーをクラスター化することで対処できます。複数のブローカーを冗長化し、一部のブローカーに障害が発生しても他のブローカーが機能を引き継ぐようにするのです。

また、メッセージブローカーの監視とアラート設定により、障害の早期検知と迅速な対応が可能になります。

サブスクライバーの過負荷とバックプレッシャー

Pub-Subモデルでは、サブスクライバーがメッセージを処理する速度がパブリッシャーのメッセージ発行速度に追いつかない場合、サブスクライバーが過負荷になる可能性があります。これにより、メッセージの処理が滞り、システム全体のパフォーマンスが低下するでしょう。

この課題に対しては、バックプレッシャーの仕組みを導入することで対処できます。サブスクライバーが過負荷になった場合、メッセージブローカーに対して受信速度を制御するよう通知するのです。

また、サブスクライバーを水平スケールすることで、メッセージ処理の並列化が可能になります。負荷に応じてサブスクライバーのインスタンス数を動的に調整することで、過負荷を回避できるでしょう。

※上記コンテンツはAIで確認しておりますが、間違い等ある場合はコメントよりご連絡いただけますと幸いです。

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