--- title: "CAP定理とは？分断時の一貫性と可用性を整理【DS検定】" description: "CAP定理を、ネットワーク分断時に一貫性と可用性を同時に完全保証できない原則として整理します。CP・AP、ACIDの一貫性、結果整合性、PACELCとの違いをDS検定向けに確認します。" last_modified_at: "2026-07-18" canonical_url: "https://stemtazoo.github.io/ds/cap-theorem/" section: "ds" --- ## まず結論 **CAP定理とは、分散システムでネットワーク分断が起きたとき、一貫性（Consistency）と可用性（Availability）の両方を同時に完全には保証できないという原則**です。 DS検定では、単に「3つから2つを選ぶ」と覚えるより、次のように判断します。 > 分断が起きたら、Cを優先するか、Aを優先するか 分散システムでは分断耐性Pを無視しにくいため、実際の議論は主にCPかAPかになります。 ## 直感的な説明 複数サーバーに同じデータを保存している状況を考えます。 サーバー間の通信が切れたとき、片方のサーバーだけが更新を受け付けると、データが一時的に食い違う可能性があります。 このとき、設計には大きく2つの方向があります。 - **Cを優先**：正しい最新データを確認できないなら、一部の処理を拒否する - **Aを優先**：多少の不一致を許してでも、各サーバーが応答を続ける CAP定理は、通常時の性能比較ではなく、**通信分断という異常時の選択**を説明します。 ## 定義・仕組み | 要素 | 意味 | |---|---| | Consistency | すべてのクライアントが同じ最新データを読めること | | Availability | 正常に動作しているノードへの各リクエストが応答を得ること | | Partition tolerance | ノード間通信が分断されてもシステムが動作を続けること | ### CP型 分断時に一貫性を優先します。 最新状態を確認できないノードでは、更新や読み取りを拒否する場合があります。 ### AP型 分断時に可用性を優先します。 各ノードが応答を続ける代わりに、一時的なデータ不一致を許します。通信復旧後に同期し、最終的に整合させる設計がよく使われます。 ### CA型 一貫性と可用性を両立しますが、ネットワーク分断を前提にしません。単一ノードや分断を考えなくてよい環境では考えられますが、大規模な分散システムではPが重要です。 ## どんな場面で使う？ ### 金融・在庫管理 残高や在庫の不一致が大きな問題になるため、分断時にCを優先する設計が選ばれやすくなります。 ### SNS・ログ収集 一時的な表示差よりサービス継続を重視する場合、Aを優先する設計が選ばれやすくなります。 ただし、金融なら必ずCP、SNSなら必ずAPという固定ルールではありません。機能ごとに要件が異なります。 ### NoSQL・分散データベース CAP定理はNoSQL専用ではありませんが、NoSQL製品の設計思想を説明する場面でよく使われます。 ## よくある誤解・混同 ### 常に3つから2つを選ぶ 単純化しすぎです。重要なのは、**分断が起きたときにCとAを同時に完全保証できない**ことです。 ### Availability＝高速応答 異なります。CAPのAvailabilityは、各リクエストが応答を得る性質です。応答速度の速さそのものではありません。 ### CAPのConsistency＝ACIDのConsistency 異なります。 | 用語 | 意味 | |---|---| | CAPのConsistency | 複数ノードから同じ最新値が見える | | ACIDのConsistency | トランザクション前後でDBの制約・整合性が保たれる | ### APは不整合を放置する 誤りです。AP型でも、通信回復後にデータを同期して最終的な整合性を目指します。 ### CPはシステム全体を必ず停止する 誤りです。一貫性を保証できない一部の操作やノードを利用不可にする場合があり、必ず全停止するとは限りません。 ### CAPとPACELC CAPは分断時のCとAの選択を扱います。 PACELCはさらに、分断がない通常時でも、遅延（Latency）と一貫性（Consistency）のトレードオフがあると整理します。 - Pが起きたらAかC - Else（通常時）はLかC という考え方です。 ## まとめ（試験直前用） - CAP定理は分散システムの原則 - 分断時にCとAを同時に完全保証できない - CPは一貫性、APは可用性を優先 - Availabilityは高速性ではなく応答を返す性質 - CAPのConsistencyとACIDのConsistencyは意味が異なる - APでも最終的な同期を目指す - PACELCは通常時の遅延と一貫性も扱う ## 対応スキル項目（データエンジニアリング力シート） - データ蓄積 - 分散技術 - 分散システム設計のトレードオフを説明できる