ソフトウェアアーキテクチャのためのC4モデルについての包括的ガイド

ソフトウェアアーキテクチャはしばしば複雑で、システム、コンテナ、コードコンポーネントの間の複雑な関係を含む。非技術的ステークホルダーからリード開発者に至るまで、多様な対象にこれらの設計を効果的に伝えるためには、アーキテクトは構造化された可視化手法を必要とする。そしてC4モデルは強力で階層的なアプローチを提供し、ソフトウェアモデリング、チームが4つの異なる抽象レベルを通じてシステムに「ズームイン」できるようにする。

主要な概念

特定の図を検討する前に、C4フレームワーク内で使用される基盤となる用語を理解することが不可欠である。これらの定義により、すべてのステークホルダーがアーキテクチャアーティファクトをレビューする際に共通の言語を共有できる。

• 階層的抽象： C4の核心的な哲学。ソフトウェアの可視化をデジタル地図のように扱い、『ズーム』レベルに応じて異なる詳細レベルを提供する。
  
• コンテナ：C4の文脈において、コンテナは必ずしもDockerコンテナを意味するわけではない。それは任意の別個に実行可能またはデプロイ可能な単位を指す。たとえば、シングルページWebアプリケーション、サーバーサイドAPI、データベーススキーマ、またはモバイルアプリなどである。
  
• コンポーネント：コンテナ内の機能の論理的なグループ。コンポーネントは明確に定義されたインターフェースの背後にカプセル化されており、通常は実装クラスの集合から構成される。

  

• 外部アクター：モデル化されているソフトウェアシステムとやり取りする人物、役割、または外部システム。

C4モデルの4つのレベル

C4モデルは、それぞれが特定のステークホルダーに合わせた異なる視点を提供する4つの主要な図タイプから構成される。この構造により、高レベルのコンテキストと低レベルの実装詳細を分離することで、情報過多を防ぐ。

1. レベル1：システムコンテキスト図

C4モデルの出発点はシステムコンテキスト図である。その主な目的は「全体像」の視点をソフトウェアシステムに提供することである。

このレベルでは、システムを単一の不透明なユニットとして焦点を当てる。システムが周囲の環境にどのように適合しているかをマッピングし、外部アクター（たとえばユーザーまたは人物像など）および外部システム（例：サードパーティAPIやレガシーメインフレームなど）。プロトコルや特定の技術といった専門用語を避けるため、最もアクセスしやすい図である。

対象読者：技術的知識のないステークホルダー、プロダクトオーナー、ビジネスアナリスト、開発者を含むすべての人。

2. レベル2：コンテナ図

コンテキストが確立された後、コンテナ図「ズームイン」してシステムをその高レベルの技術的構成要素に分解する。このレベルでは、主要な技術選定やアーキテクチャ全体における責任の分配が明らかになる。

コンテナ図は、独立してデプロイ可能な単位（Webサーバー、データベース、ファイルシステム、マイクロサービスなど）とそれらの間の通信方法を示す。これにより、概念的な製品と技術的現実のギャップを埋める。

対象読者：ソフトウェアアーキテクト、開発者、運用またはサポートチームを含む技術スタッフ。

3. レベル3：コンポーネント図

レベル3では、個別のコンテナをさらに詳細に観察し、その内部構造要素に分解する。この図はコンテナをコンポーネントに分解し、デプロイ可能な単位内の機能の論理的な構成を示す。

コンポーネント図は、特定のサービスやアプリケーションの実装を理解する上で不可欠である。クラスやモジュールのグループ化とそれらの関係を示し、通常はインターフェースの背後でカプセル化される。

対象読者：実装の前または実装中にアーキテクチャの細部を理解する必要があるソフトウェアアーキテクトおよび開発者。

4. レベル4：コード図

最終的かつ最も詳細なレベルがコード図である。この視点は実装の詳細を詳細に示し、通常UMLクラス図やエンティティ関係図を用いて、クラス、インターフェース、メソッドを示す。

このレベルが手動によるドキュメント作成にはほとんど使われないコードの変更が急速に進むため、手動で作成したコード図はほぼすぐに陳腐化してしまう。代わりに、多くのチームは統合開発環境（IDE）に依存して、必要に応じてこれらの可視化を生成している。

対象読者：特定のコードベースに深く関与している高度な技術者。

「デジタル地図」のたとえ

これらのレベルどうしがどのように関係しているかをよりよく理解するために、C4モデルはしばしばデジタル地図にたとえられる。

• システムコンテキスト（レベル1）：これは世界地図である。これはあなたの国（システム）と、隣接する国（外部システムおよびユーザー）との相互作用を示している。
• コンテナ（レベル2）：これは都市地図である。主要な地区、ハブ、輸送路（デプロイ可能な単位と通信チャネル）を特定している。
• コンポーネント（レベル3）：これは通り地図である。個々の建物とその特定の用途（コンテナ内の論理モジュール）を詳細に表示している。
• コード（レベル4）：これは間取り図である。特定の部屋（クラスおよびコード論理）の正確なレイアウト、家具、構造材を詳細に示している。

補助的な視点

4つの主要なレベルはシステムの静的構造をカバーしているが、複雑なアーキテクチャでは完全に理解するために追加の視点が必要となる場合がある。

• システムランドスケープ図：これらは企業レベルの概要を提供し、組織内の複数のソフトウェアシステムどうしがどのように関係しているかを示している。
• 動的図：構造的なC4図とは異なり、動的図は要素間の実行時における相互作用や動作フローを示している。
• デプロイメント図：これらはレベル2で特定されたソフトウェアコンテナが、クラウドノードやオンプレミスサーバーなどの物理インフラストラクチャにどのように配布されているかを示している。

VP AI：C4モデリングの自動化と強化

アーキテクチャ図の作成と維持は時間のかかる作業である場合があります。Visual Paradigm AI人工知能を活用してC4図の生成と最適化を自動化することで、このプロセスを変革します。

VP AIは以下の方法で支援できます：

• テキストから図の生成:アーキテクトは自然言語でシステムアーキテクチャを記述できます（例：「Webアプリ、モバイルアプリ、PostgreSQLデータベースを備えた銀行システム」）、VP AIは自動的にレベル1またはレベル2のドラフト図を生成できます。
• アーキテクチャの整合性：AIツールは異なるレベル間の図を分析し、レベル2で定義されたコンテナがレベル3にズームインした際に正確に表現されていることを確認できます。

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