生産性爆上げ仕事術

情報共有と保守性を高める C4モデルによるアーキテクチャドキュメンテーションのフレームワーク

はじめに

ITシステム開発において、コードはシステムの正確な情報源ですが、システム全体の構造やコンポーネント間の関係性を把握するには、コードだけでは不十分な場合が多くあります。特に、システムが複雑化したり、開発チームのメンバーが増減したりするにつれて、「あの機能はどのサービスにあるのか」「このデータはどこから来て、どこへ行くのか」といった疑問が頻繁に発生し、情報共有や新しいメンバーのオンボーディングが非効率になることがあります。また、適切に構造が理解されていないシステムは、変更が困難になり、技術的負債として蓄積される一因となります。

効果的な技術ドキュメンテーションは、これらの課題を解決するための重要な手段です。しかし、「ドキュメントはすぐに古くなる」「書くのが面倒」「どこまで書けば良いか分からない」といった理由から、ドキュメンテーションがおろそかになりがちです。

そこで本記事では、ソフトウェアシステムのアーキテクチャを効率的かつ効果的にドキュメント化するための一つの強力な「フレームワーク」として、「C4モデル」をご紹介します。C4モデルは、システムの構造を理解しやすく、関係者間で共通認識を持つための優れた手法です。その基本から実践的な活用方法、メリット、そして導入における考慮事項までを解説します。

C4モデルとは

C4モデルは、ソフトウェアアーキテクチャをドキュメント化するための構造化されたアプローチです。Simon Brown氏によって提唱され、以下の4つの異なる抽象度（C）レベルでシステム構造を視覚化することに焦点を当てています。

1. Context (システムコンテキスト)
2. Container (コンテナ)
3. Component (コンポーネント)
4. Code (コード)

これらのレベルは、システム全体を俯瞰する高レベルな視点から、具体的なコードレベルまで段階的に詳細化されていきます。それぞれのレベルで標準的な図形や記法が定められており、これにより統一された形式でシステムの構造を表現できます。

C4モデルは、単に図を描くための記法に留まらず、「誰に」「何を」伝えるかを意識し、目的と読者に応じて適切なレベルを選択するという、ドキュメンテーション全体のフレームワークとしての側面を持っています。

C4モデルの4つのレベル

C4モデルの各レベルは、異なるステークホルダーに異なる視点を提供します。以下に各レベルの詳細を説明します。

1. Context (システムコンテキスト図)

最も抽象度の高いレベルで、対象となるシステムが外部のユーザーや他のシステムとどのようにインタラクトするかを示します。

• 目的: システムが全体像の中でどのような位置付けにあるか、誰が（何が）システムを利用するのかを理解する。非技術的なステークホルダーを含む、幅広い関係者にとって理解しやすい図です。
• 要素:
  • 対象システム（中心に配置）
  • ユーザー（Person）
  • 外部システム（Software System）
• 記述内容: 各要素の関係性（どのような操作を行うか、どのような情報を受け渡すかなど）を簡潔に記述します。
• 例: オンラインバンキングシステムであれば、中心に「オンラインバンキングシステム」があり、外部に「顧客」（Person）、「メインフレームバンキングシステム」（Software System）、「電子メールシステム」（Software System）などが配置され、それぞれの間のやり取りが描かれます。

2. Container (コンテナ図)

対象システム内部を掘り下げ、主要な「コンテナ」を示します。コンテナとは、アプリケーション、データベース、ファイルシステム、マイクロサービス、Webサーバー、CLIツールなど、デプロイ可能または実行可能な単位です。

• 目的: システムを構成する主要な技術的な要素とその関係性を理解する。システムをビルディングブロックとして捉え、技術的な意思決定に関わる人にとって有用です。
• 要素:
  • 対象システム（枠で囲む）
  • システム内部のContainer（アプリケーション、データベースなど）
  • 外部システム（System Context図と同じ）
• 記述内容: 各コンテナがどのような役割を持ち、どのような技術（Spring Boot, Node.js, PostgreSQLなど）で実装されているか、コンテナ間の通信方法（REST, メッセージキューなど）を記述します。
• 例: オンラインバンキングシステムの例であれば、内部に「Webアプリケーション」（Java/Spring MVC）、「APIサービス」（Kotlin/Spring Boot）、「データベース」（PostgreSQL）、「メッセージキュー」（RabbitMQ）といったコンテナが描かれ、それらがどのように連携して外部システムやユーザーとやり取りするかが示されます。

3. Component (コンポーネント図)

特定のContainer内部をさらに掘り下げ、主要な「コンポーネント」を示します。コンポーネントは、デプロイ不可能な論理的なまとまりであり、関心の分離（SoC）の原則に基づいて設計されたコードの塊です（例: 特定のサービスクラス群、リポジトリ、コントローラーなど）。

• 目的: 特定のコンテナ内部の構造と、それがどのように機能を実現しているかを詳細に理解する。ソフトウェア開発者にとって、コードレベルの理解に進む前に、構造を把握するのに役立ちます。
• 要素:
  • 対象Container（枠で囲む）
  • Container内部のComponent
  • Containerがやり取りする他のContainerや外部システム
• 記述内容: 各コンポーネントの役割、実装技術、依存関係、他のコンポーネントや外部とのインタラクションを記述します。
• 例: APIサービスのContainer内部であれば、「認証コンポーネント」「アカウント管理コンポーネント」「トランザクション処理コンポーネント」「リポジトリ」といったコンポーネントが描かれ、それらがどのように連携して外部からのリクエストを処理するかが示されます。

4. Code (コード図)

最も詳細なレベルで、特定のコンポーネント内部のコード構造（クラス、インターフェース、メソッドなど）を示します。このレベルのドキュメンテーションは、自動生成ツール（例: UMLクラス図ジェネレーター）を使用することが一般的です。

• 目的: 特定の実装の詳細を理解する。主に開発者向けです。
• 要素: 特定コンポーネントを構成するクラス、インターフェース、メソッドなど。
• 記述内容: クラス間の関係性（継承、実装、依存など）やメソッドのシグネチャなどが示されます。
• 例: アカウント管理コンポーネント内部の主要なクラス構造（AccountService, AccountRepository, Accountエンティティなど）とその関係性がUMLライクな形式で示されます。

C4モデルをフレームワークとして活用するメリット

C4モデルは単なる図の描き方ではなく、ソフトウェアアーキテクチャを構造的に理解し、効率的にドキュメント化するためのフレームワークとして、以下のようなメリットをもたらします。

• 共通認識の形成: 異なる抽象度の図を提供することで、技術者から非技術者まで、関係者全員がシステムの構造について共通の理解を持ちやすくなります。
• 情報共有の促進: 図はテキストよりも直感的に構造を把握できるため、チーム内での情報共有がスムーズになります。新しいメンバーのオンボーディングコスト削減にも繋がります。
• 設計レビューの効率化: 構造が明確に視覚化されているため、設計レビューにおいて問題点や改善点を特定しやすくなります。
• システム変更の影響分析: 変更を加える際に、どのコンテナやコンポーネントが影響を受けるかを容易に把握でき、潜在的なリスクを特定しやすくなります。
• 技術的負債の可視化: システム構造の歪みや不整合が図から明らかになり、技術的負債として認識し、解消に向けた議論を促すきっかけとなります。
• メンテナンス性の向上: システムの構造が理解しやすくなることで、長期的なメンテナンスが容易になります。

C4モデル導入・実践のステップ

C4モデルをチームに導入し、継続的に活用していくための一般的なステップを紹介します。

1. 目的と範囲の明確化: なぜドキュメンテーションが必要なのか、どのシステムのどの部分をドキュメント化するのか、目的（例: オンボーディングのため、特定機能の改修のため）と読者（例: 開発者、プロダクトマネージャー）を明確にします。これにより、どのレベルの図が必要かを判断できます。
2. チームへの周知とトレーニング: C4モデルの考え方と記法について、チームメンバー全員が理解できるように説明会や簡単なワークショップを実施します。
3. ツールの選定: C4モデルの図を作成するためのツールを選定します。テキストベースでコードから図を生成できるツール（例: PlantUML, Mermaid, Structurizr）が、バージョン管理システムとの連携やメンテナンスの容易さから推奨されます。これらのツールを使えば、コード変更に合わせて図を自動生成したり、差分管理を行ったりすることも可能です。
4. 既存システムのドキュメント作成: 最初は対象システム全体のSystem Context図から始め、次に主要なContainer図を作成するなど、トップダウンで進めるのが効果的です。既存のコードや既存ドキュメント、チームメンバーの知識を基に作成します。
5. レビュープロセスの確立: 作成した図は必ずチーム内でレビューし、正確性や分かりやすさを確認します。ドキュメントもコードと同様にレビュー対象とする文化を醸成します。
6. 継続的な更新の仕組み: システム変更が発生した際に、関連するドキュメントも更新するプロセスをワークフローに組み込みます。Pull Request/Merge Requestのレビュー時にドキュメントの更新漏れがないか確認するなどが有効です。自動生成ツールを活用すると、更新コストを削減できます。
7. アクセシビリティの確保: 作成したドキュメントがチームメンバーが必要な時にいつでも簡単に見つけられる場所に保管・公開します（例: Wiki、バージョン管理システムのリポジトリ、専用のドキュメンテーションサイト）。

C4モデル活用におけるよくある課題と対処法

C4モデルを導入する際に直面しやすい課題と、それらへの対処法を検討します。

• 課題1: ドキュメントがすぐに古くなる
  • 対処法:
    • 継続的な更新を開発プロセスの一部として組み込む。コード変更と同時にドキュメントも更新することをルール化する。
    • 図の自動生成ツール（PlantUML, Mermaidなど）を積極的に活用し、コードや設定ファイルから図を生成できるようにする。
    • ドキュメントのオーナーシップを明確にする（例: 特定のコンテナの図は、そのコンテナの開発チームが責任を持つ）。
    • 図の対象範囲や詳細度を「必要十分」に留めることで、更新コストを抑える。
• 課題2: どこまで詳細に書けば良いか分からない
  • 対処法:
    • ドキュメントの「目的」と「読者」を常に意識する。System Context図は非技術者向けなので、システム間のやり取りを簡潔に。Component図は開発者向けなので、論理的な構造を理解できる詳細度にする。
    • すべてのレベルの図が必要とは限らない。プロジェクトやシステムの性質、対象とする読者層によって、Context図とContainer図だけで十分な場合もあります。まずは高レベルから始め、必要に応じて詳細化します。
• 課題3: 記述量が膨大になる可能性がある
  • 対処法:
    • システムのすべてを一度にドキュメント化しようとしない。重要度の高い部分や、変更が頻繁にある部分から始める。
    • 図形に書き込むテキストは簡潔にする。詳細な説明は別途記述し、図からは参照する形式にする。
    • 抽象度を適切に保つ。Component図でクラスレベルの詳細まで書きすぎないなど。

他のドキュメンテーション手法との比較・連携

C4モデルは、既存の様々なドキュメンテーション手法や図法（例: UML、ER図、シーケンス図）と排他的なものではなく、補完的に活用できます。

• UML: C4モデルのComponent図やCode図は、UMLのクラス図やコンポーネント図と類似しています。特にCodeレベルではUML記法がそのまま使えます。C4モデルはシステムの鳥瞰図から入り、UMLは特定の構造や振る舞いを詳細に記述するのに向いています。両者を組み合わせて、C4モデルで全体像を示し、特定の重要な部分をUMLで詳細化するアプローチも有効です。
• ER図: データベースの構造を表現するER図は、C4モデルのContainer図やComponent図で参照されることがあります。C4モデル図からはデータベースコンテナやデータ関連コンポーネントの存在が示され、詳細なテーブル構造はER図を参照するといった使い分けができます。
• シーケンス図: 特定のユースケースにおけるコンテナやコンポーネント間の動的なやり取りを説明する際に、C4モデル図と組み合わせてシーケンス図を提供すると、システムの振る舞いの理解が深まります。

C4モデルは、これらの詳細な図法を「どこに」配置し、「どのレベルで」全体構造を示すか、という上位レベルのフレームワークとして機能すると考えられます。

まとめ

本記事では、ソフトウェアシステムのアーキテクチャを効果的にドキュメント化するためのフレームワークであるC4モデルについて解説しました。C4モデルは、Context、Container、Component、Codeという4つの異なる抽象度でシステムの構造を視覚化し、関係者間の共通理解を深め、情報共有を促進し、システムの保守性を向上させる強力な手法です。

ドキュメント化の目的と読者を明確にし、適切なツールを活用しながら、チームで継続的にドキュメントを更新していく仕組みを構築することで、C4モデルは真価を発揮します。技術的負債の削減やチーム全体の生産性向上に貢献するC4モデルを、ぜひ皆さんのチームでも導入してみてはいかがでしょうか。

まずは、担当しているシステムの一つのContainer図を作成してみることから始めてみることをお勧めします。チームメンバーと一緒にC4モデルの概念を学び、共通言語として活用していくことが、効果的なドキュメンテーションへの第一歩となるでしょう。