データベースシャーディングとは？概要やメリット・デメリットを解説

2024.06.10 株式会社システムインテグレータ

データベースシャーディングとは、大規模なデータベースを複数の小さなデータベースに分割する方法です。これにより、一つのデータベースに対する負荷が分散され、データベース全体のパフォーマンスが向上します。
シャーディングの目的は、特に大量のデータを扱うウェブサービスやアプリケーションにおいて、スケーラビリティと応答速度を改善することです。シャーディングを適用することで、データ量の増加によるパフォーマンス低下などを防ぐことができます。

本記事では、データベースチューニングの概要と基本手法、具体例を解説します。

データベースシャーディングの仕組み

データベースシャーディングでは、1つのデータベースにあるデータを複数のデータベースに分散させます。これにより、各シャード（分割されたデータベース部分）が独立して動作し、クエリ処理の負荷が分散されます。このプロセスをシャーディングと呼び、分けられたデータの集まりをシャードといいます。

データベースシャーディングの方法

シャーディングの方法には、水平シャーディングと垂直シャーディングの2つがあります。水平シャーディングでは、データベースの行ごとに分割され、垂直シャーディングでは、列ごとに分割されます。
また、シャーディングキーと呼ばれる特定のカラムを基にデータを分散させるためのルールを設定します。これにより、どのデータがどのシャードに格納されるかが決まります。

水平シャーディングの例

垂直シャーディングの例

データベースシャーディングのメリット

データベースシャーディングの導入には多くのメリットがあります。特に、大規模なデータベースを運用する企業にとって、その効果は顕著です。以下では、データベースシャーディングの主なメリットを具体的に説明します。

負荷の集中を回避し、効果的なスケーリングが可能になる

シャーディングを導入することで、データを複数のサーバーに分散させ、各サーバーが独立して処理を行うため、負荷分散が効果的に行われます。これにより、データベースの横方向のスケーリング（スケールアウト）が容易になり、システム全体のパフォーマンスが向上します。

データが分散されるため、クエリの応答時間が改善される

データを分割することで、各シャードが持つデータ量が減少し、クエリ処理の速度が向上します。一つのデータベースにすべてのデータが存在するときは、大量のデータを対象とするクエリにおいて応答時間が長くなります。シャーディングを適用することで、クエリが特定のシャードに対してのみ実行されるため、検索範囲が限定され、処理が高速化されます。

耐障害性が向上し、システム停止のリスクを軽減する

データが複数のシャードに分散されているため、特定のシャードが故障しても、他のシャードが正常に機能し続けることができます。これにより、システム全体の信頼性が高まり、データ損失やダウンタイムのリスクが軽減されます。また、障害が発生したシャードのみ復旧すればよいため、バックアップやリカバリのプロセスも効率化され、障害発生時の迅速な復旧が可能です。

データベースシャーディングのデメリット

データベースシャーディングは多くのメリットをもたらしますが、一方でいくつかのデメリットも存在します。これらのデメリットを理解し、適切に対策を講じることが重要です。以下では、データベースシャーディングの主なデメリットについて説明します。

データアクセスが複雑になり、パフォーマンスが劣化する場合がある

データが複数のシャードに分散されるため、クエリの実行時にどのシャードにアクセスすべきかを判断する必要があります。これにより、クエリの最適化が難しくなり、結果としてパフォーマンスが劣化する可能性があります。

また、分散したデータの一貫性を保つための追加の管理も必要なため、トランザクション処理が複雑化することがあります。このような問題を解決するためには、適切なシャーディングキーの選定やクエリの最適化が重要です。

物理サーバーの管理が複雑になる

シャーディングによって複数のデータベースインスタンスが生成されるため、それぞれのシャードに対する管理とメンテナンスが必要です。例えば、運用において以下の点を考慮する必要があります。
・バックアップの計画やデータの同期
・障害発生時の復旧作業
・シャード間でのデータ整合性を保つための管理
データベースシャーディングを成功させるためには、これらの運用面での十分な準備と計画が重要です。

まとめ

本記事では、データベースシャーディングについて解説しました。データを行または列を基準に分散することで、処理速度の改善、耐障害性の向上が期待できます。
一方で、分散されたデータを考慮した設計を考える必要があるほか、分散するほど多くのサーバーが必要になり、管理が煩雑になるというデメリットもあります。これらの点をきちんと把握し、データベースシャーディングを検討しましょう。

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