CAP定理
①物語性のある説明：CAP定理とは何か
ある日、高校生のサトシは学校の情報科の授業で「CAP定理」という言葉を初めて聞きました。先生がわかりやすく説明を始めました。
「みんな、今日はCAP定理について話すよ」と先生が言いました。「CAP定理というのは、分散システムにおいて、Consistency（一貫性）、Availability（可用性）、Partition Tolerance（分断耐性）の3つの特性があるんだけど、同時にこの3つすべてを完璧に満たすことはできないという理論なんだ。」
サトシは手を挙げました。「先生、それって具体的にはどういうことなんですか？」
「簡単に説明すると、たとえば大きな家族が一緒にゲームをしているとするよ。そのゲームでは、みんなが同じ情報を共有している必要があるけれど、もし誰かが一時的にゲームから離れたり、通信が途切れたりすると、その情報を全員で同時に正確に共有し続けることが難しくなるんだ。CAP定理では、このような状況で何を優先するかを決める必要があるんだよ。」
「なるほど、ゲームの例だと、全員が同じ情報を持っていること（Consistency）や、ゲームがいつでもできること（Availability）、通信が途切れてもゲームが続けられること（Partition Tolerance）のどれかを少し諦めないといけないってことですか？」とサトシが確認しました。
「その通りだよ、サトシ。分散システムでも同じで、すべてを完璧にすることはできないから、どこかで妥協しなければならないんだよ。」と先生は説明しました。
CAP定理の実際の使用例
CAP定理は、分散システムを設計する際に、どの特性を優先するかを決めるための重要な指針となります。企業や自治体でも、この定理を考慮してシステム設計を行っています。
例えば、銀行のオンラインシステムでは、Consistency（一貫性）が非常に重要です。すべてのトランザクションが正確に処理される必要があるため、Consistencyを優先しますが、そのために通信の遅延が発生した場合には一時的にAvailability（可用性）が犠牲になることがあります。
一方で、ソーシャルメディアのプラットフォームでは、Availability（可用性）が重視されます。ユーザーが常にシステムにアクセスできることが重要であり、Partition Tolerance（分断耐性）も必要ですが、Consistency（一貫性）に関しては多少の遅延が許されることが多いです。たとえば、コメントや「いいね！」の数が少し遅れて反映されることがあっても、ユーザー体験には大きな影響を与えないからです。
このように、CAP定理はシステムの目的やユーザーのニーズに応じて、どの特性を優先するかを決めるために活用されています。
CAP定理の観点から、業界ごとに優先される特性の一覧を以下に示します。業界ごとにシステムの要件が異なるため、どの特性を重視するかが変わります。
| 業界・分野 | 優先される特性 | 説明 |
|---|---|---|
| 銀行・金融機関 | Consistency（一貫性） | トランザクション処理でデータの一貫性が最も重要です。すべての取引が正確に反映される必要があります。 |
| ソーシャルメディア | Availability（可用性） | ユーザーが常にアクセスできることが重視され、多少のデータ遅延は許容されます。 |
| 電子商取引（EC）サイト | Partition Tolerance（分断耐性） | 大規模な分散システムで、障害が発生してもサービスを継続できることが重要です。 |
| 医療システム | Consistency（一貫性） | 患者データの正確性が重要で、誤ったデータが致命的な結果を招く可能性があるためです。 |
| クラウドストレージサービス | Partition Tolerance（分断耐性） | データが分散されて保存され、障害に対する耐性が求められます。 |
| オンラインゲーム | Availability（可用性） | プレイヤーが常にゲームにアクセスできることが重要で、リアルタイム性が求められます。 |
| 分散データベース | Consistency（一貫性） | データの一貫性が非常に重要で、異なるノードでのデータの正確性が求められます。 |
| ビデオストリーミングサービス | Availability（可用性） | 常時接続が求められ、視聴中に中断がないようにすることが最優先されます。 |
| サプライチェーン管理 | Partition Tolerance（分断耐性） | サプライチェーン全体が障害に対して耐性があり、運用を継続できることが重要です。 |
| 製造業のIoTシステム | Partition Tolerance（分断耐性） | さまざまな製造ラインのデバイスがネットワーク障害を乗り越えて稼働し続けることが求められます。 |
クイズや小テスト
クイズ1 CAP定理で同時に完璧に満たすことができない特性の組み合わせはどれですか？
A. Consistency（一貫性）とAvailability（可用性）
B. Availability（可用性）とPartition Tolerance（分断耐性）
C. Consistency（一貫性）、Availability（可用性）、Partition Tolerance（分断耐性）のすべて
クイズ2 銀行のオンラインシステムで最も重要視される特性は何ですか？
A. Consistency（一貫性）
B. Availability（可用性）
C. Partition Tolerance（分断耐性）
クイズ3 ソーシャルメディアで重視されるのはどの特性ですか？
A. Consistency（一貫性）
B. Availability（可用性）
C. Partition Tolerance（分断耐性）
回答
- C. Consistency（一貫性）、Availability（可用性）、Partition Tolerance（分断耐性）のすべて
- A. Consistency（一貫性）
- B. Availability（可用性）
