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モノリシックコードから重複マイクロサービスを抽出する手法

(Extracting Overlapping Microservices from Monolithic Code via Deep Semantic Embeddings and Graph Neural Network-Based Soft Clustering)

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田中専務

拓海先生、最近うちの開発チームで「マイクロサービスに分割したい」って話が出ています。しかし何をどう分けるかで揉めていて、そもそも技術的な判断材料が乏しいのです。論文で有望な手法があると聞きましたが、素人目には難しくて……まずは全体像を簡単に教えていただけますか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!結論を先に申し上げますと、この論文は「クラスを一つだけのサービスに押し込むのではなく、複数のサービスにまたがる可能性を残すことで、より実務的で機能に忠実な分割ができる」ことを示しているんですよ。大丈夫、一緒に紐解けば必ずわかりますよ。

田中専務

うーん、要するに従来のやり方と何が違うのですか。今までの手法は一つの部品(クラス)を一つのサービスに割り当てると聞いていますが、それがまずいと。

AIメンター拓海

その通りですよ。従来はハードクラスタリング(hard clustering)という手法で、一つのクラスは必ず一つのマイクロサービスに属するという前提で分割していました。しかし実際にはある機能が複数のサービスにまたがることが多く、その結果としてサービス間通信が増え、結局運用コストが上がりやすいのです。今回の論文はそれを避けるために“ソフトクラスタリング(soft clustering)”を提案していますよ。

田中専務

ソフトクラスタリングという言葉は初めて聞きました。要するに中途半端に複数に割り当てるということですか?それって現場で管理が大変になりませんか。

AIメンター拓海

良い懸念です。ここで大事なポイントを三つにまとめます。第一に、この手法は「最終的に明確なサービス群を作る」ための手助けをするもので、ただ混乱させるだけではないこと。第二に、各クラスはサービスへの「所属度(membership score)」を持ち、経営判断で閾値(しきいち)を設定して最終的な割当を確定できること。第三に、開発者の直感や運用要件を反映するための可視化が重視されているため、現場で完全に管理不能になるわけではないことです。要は、より現実に即した判断材料を出すツールと考えれば理解しやすいですよ。

田中専務

なるほど。で、どのようにして「そのクラスがどのサービスにどれだけ属するか」を判断するのですか。うちの技術陣はコードの中身を見ても判断に困ると言っています。

AIメンター拓海

ここが論文の肝です。簡単に言うと三つの情報を組み合わせてスコアを作ります。一つ目はコードの意味をとらえる「セマンティック・エンベディング(semantic embeddings)」で、これは大規模言語モデル(code-LLM)が生成するベクトル表現です。二つ目は呼び出し関係などの構造情報を表すメソッドコールグラフ(method-call graph)。三つ目はこれらを統合して確率的に所属を計算するグラフニューラルネットワーク(Graph Neural Network、GNN)です。専門用語は難しいですが、例えるなら人物の経歴(意味)と人間関係(構造)を両方見てどの部署に最も適しているかを判定するようなイメージですよ。

田中専務

これって要するに、コードの『意味』と『関係』の両方を見て、ある部品がどのサービスに関係深いかを数値で示してくれるということ?それが最初の質問の答えになるなら非常に実務的ですね。

AIメンター拓海

その通りです!素晴らしい着眼点ですね。ここで経営者視点の要点を三つにまとめます。第一に、分割の判断材料が数値化されるため、投資対効果(ROI)を比較しやすくなること。第二に、重複参加を許すことで本番でのサービス間通信が減り得るという運用メリット。第三に、可視化された所属度を現場と経営で議論しながら閾値を決めることで段階的な移行が可能になることです。大丈夫、一緒に設計すれば必ずできますよ。

田中専務

検証はどのように行っているのですか。うちで導入する前に効果があるか知りたいのです。性能や品質をどう測ればいいのか、現実的な指標でお願いします。

AIメンター拓海

良い質問ですね。論文では静的解析データセット上で、従来のハードクラスタリング方式と比較して「インターサービスの結合度(inter-service coupling)」が低く、「イントラサービスの凝集度(intra-service cohesion)」が高いことを示しています。実務ではまずは小さなモジュール群で試験的に適用し、サービス間リクエスト数やデプロイ頻度、運用負荷の変化を6カ月程度で観察するのが現実的です。要は小さく試して定量的に評価する運用設計が鍵ですよ。

田中専務

それなら実務的ですね。最後に、私が技術会議で説明できるように、要点を短く自分の言葉で整理してみます。ええと……この論文は、コードの“意味”と“呼び出し関係”を使って、各クラスがどのサービスにどれだけ関係するかを数値で出し、最終的に閾値で落とし込んで分割案を出すということ、ですね。

AIメンター拓海

そのまとめで完璧ですよ、田中専務。素晴らしい着眼点ですね!会議用に使える短いフレーズも後でお渡しします。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

1.概要と位置づけ

結論を先に述べる。今回の研究は、従来の「各クラスを一つのマイクロサービスに割り当てる」という硬直した前提を捨て、クラスが複数のサービスにまたがる可能性を確率的に表現することで、より機能的に一貫したマイクロサービス分割を実現する点を変えた。これは単なる学術的発見ではなく、分割後の通信コストと運用負荷を下げ、結果として移行プロジェクトの投資対効果(ROI)を改善する可能性がある。従来手法は構造的な依存関係のみを重視し、機能的なつながりを見落としていたため、実務面での分断と過剰なサービス間通信を招きやすかった。これに対し本手法はコードの意味情報(セマンティック情報)と呼び出しグラフとを統合して判断材料を出す点で実務的価値が高い。導入の現場ではまず小規模なモジュールで試験導入し、数値化された所属度をもとに段階的に閾値を設定していく運用設計が望ましい。

2.先行研究との差別化ポイント

先行研究は大きく二つに分かれる。一つは静的な構造特徴に基づくクラスタリングであり、もう一つは動的な実行ログやドメイン知識を取り込む手法である。どちらも便利だが、前者は機能的な類似性を見逃しやすく、後者は実行環境の取得が難しい点で実務適用に制約があった。今回の研究は、トランスフォーマー系のコードに特化した大規模言語モデル(code-LLM)が生み出すセマンティック・エンベディング(semantic embeddings)を用いる点で先行研究と一線を画している。さらに、そのベクトル情報をメソッドコールグラフという構造情報と統合し、Graph Neural Network(GNN)でソフトクラスタリングを行うことで、クラスが複数サービスに「部分的に所属する」可能性を自然に扱える。結果として、機能的に関連するクラス群が一つのサービスにまとまりやすく、インターサービスの通信回数削減につながる点が差別化の本質である。

3.中核となる技術的要素

本研究の技術的核は三段構えである。第一に、ソースコードから機能的意味を抽出するためにcode-LLMが生成するセマンティック・エンベディング(semantic embeddings)を用いる点である。これは同様の機能を持つコード片を近いベクトルに写像する技術で、言い換えれば部品の“仕事ぶり”を数値化する行為である。第二に、呼び出し関係などの静的構造情報をメソッドコールグラフとして扱い、論理的な依存関係をモデルに与える点である。第三に、これらの情報を入力としてGraph Neural Network(GNN)を用い、ソフトクラスタリングによって各クラスの各サービスへの所属度(membership score)を推定する点である。得られた所属度は行列(membership matrix)として表現され、閾値処理で最終的なサービス構成が導出される。ビジネス視点では、この所属度が「判断の説明可能性」を高め、経営と現場の対話を促進する材料になる。

4.有効性の検証方法と成果

著者らは複数の既存コードベースを用いて静的解析に基づく評価を行い、従来のハードクラスタリング手法と比較してインターサービスの結合度(inter-service coupling)が低下し、イントラサービスの凝集度(intra-service cohesion)が向上することを示した。評価指標は実装上の依存関係や機能的関連性を反映する標準的なスコアであり、数値比較に基づく説得力を持つ。また、閾値の選び方や所属度の可視化が移行判断に与える影響についても議論があり、単純な黒箱ではなく運用に耐える説明性が確保されている点が実務寄りであることを示している。ただし評価は主に静的コードデータセット上で行われており、ランタイムの振る舞いや外部システムとの相互作用が強いケースでの効果は別途検証が必要である。導入に当たってはまずはパイロットプロジェクトで効果検証を行い、指標としてサービス間通信量やデプロイ回数、バグ修正工数の変化を追うことを推奨する。

5.研究を巡る議論と課題

このアプローチには明確な利点がある一方で課題も存在する。第一に、code-LLMが生成するエンベディングの品質に依存する点である。モデルがドメイン固有の表現に弱い場合、所属度が誤った候補を示す恐れがある。第二に、閾値決定や最終サービス数の選択は依然として人の判断を要するため、完全自動化は現実的でない。第三に、大規模コードベースでの計算コストやGNNのスケーラビリティは実務導入における技術的障壁となり得る。これらの課題を解決するには、ドメインに特化した微調整や、人間のエキスパートを巻き込むハイブリッド運用設計、及び段階的な移行計画が不可欠である。結局のところ、この技術は判断支援ツールであり、経営判断と現場の折衝を容易にする道具と位置づけるのが現実的である。

6.今後の調査・学習の方向性

今後は実運用に即した追加検証とツール化が重要である。具体的には、ランタイムトレースや運用ログを統合して静的解析だけでは捉えきれない振る舞いを捕捉する研究、及びcode-LLMのドメイン適応によるエンベディング精度向上の試みが期待される。また、GNNの計算負荷を抑えるための近似手法や、可視化ダッシュボードを通じて非専門家にも解釈可能な形で結果を提示するユーザーインターフェースの整備も必要である。検索や追加学習に使える英語キーワードは次の通りである:”overlapping microservices”, “soft clustering”, “code embeddings”, “graph neural network”, “microservice extraction”。これらのキーワードで文献検索を行えば関連手法と実践事例に素早くアクセスできるはずだ。

会議で使えるフレーズ集

「本手法はコードの意味情報と呼び出し構造を統合し、各クラスのサービスへの『所属度』を数値化します。これにより、分割案を定量的に比較し、段階的な移行判断が可能になります。」という一文が要点を的確に示す。もう一つは「まずは影響の小さいモジュールでパイロット実装を行い、サービス間通信量と運用工数の変化を定量的に測定しましょう」という進め方を提案すると理解が得やすい。最後に「このツールは自動で最終決定を出すものではなく、経営と現場の対話を支援する『見える化』ツールです」と補足することで導入への抵抗を下げられる。

M. Ziabakhsh et al., “Extracting Overlapping Microservices from Monolithic Code via Deep Semantic Embeddings and Graph Neural Network-Based Soft Clustering,” arXiv preprint arXiv:2508.07486v1, 2025.

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