はじめに
本ドキュメントの目的
本ドキュメントは、CDN（コンテンツデリバリネットワーク）における「キャッシュ」について、仕組み・役割・メリット・運用方法をやさしく解説することを目的としています。技術的な背景がなくても理解できるよう、具体例を交えて説明します。
対象読者
・ウェブサイトの高速化や可用性に関心がある技術者や運用担当者
・CDNをこれから導入したい初学者
・キャッシュの効果を実務で確かめたい方
本書で扱う範囲
基礎概念（CDNとキャッシュの基本）から、キャッシュがもたらすメリット、実際の活用事例、導入・運用のポイントまで幅広く扱います。専門用語は最小限にし、ニュースサイトやECサイトなど身近な例でイメージしやすく説明します。
読み方のヒント
まず第2章で基本構造を押さえ、その後に続く章で応用や運用方法を学ぶと理解が進みます。章ごとに短い例を載せているので、必要な部分から読んでいただいても差し支えありません。
この章では全体像を把握して、次章以降へスムーズに進める土台を作ります。
CDNとキャッシュの基本構造
CDNとは何か
CDN（コンテンツ配信ネットワーク）は、オリジンサーバー（元データを置くサーバー）と、世界中に分散したキャッシュサーバーで構成されます。サービス提供者はこの仕組みを使って、ユーザーに速く安定したコンテンツ配信を行います。
オリジンサーバーとキャッシュサーバーの役割
オリジンサーバーは最新版のデータを管理します。キャッシュサーバーはそのコピーを一時保存し、ユーザーの要求に応じて返します。たとえば画像ファイルやスタイルシートなどの静的なファイルをキャッシュすることで、オリジンの負荷を下げます。
リクエストの流れ（簡単な例）
- ユーザーが画像を要求します。最寄りのキャッシュサーバーへリクエストが向かいます。
- キャッシュにあれば（キャッシュヒット）、即座に返します。応答が早くなります。
- なければ（キャッシュミス）、キャッシュサーバーがオリジンから取得してユーザーへ返し、同時に保存します。
エッジサーバーと遅延の最小化
エッジサーバーはユーザーに近い場所に配置され、通信距離を短くします。結果として遅延が減り、ページ表示が速くなります。
キャッシュ管理の基本用語
- TTL（保存期間）: キャッシュの有効期間を決めます。短いと最新性が保て、長いと負荷を減らします。
- 無効化（パージ）: すぐに古いキャッシュを消したいときに使います。
この章でCDNの基本構造とキャッシュの流れがイメージできるはずです。
CDNキャッシュのメリット
CDNキャッシュは、ウェブサイトやアプリの配信を効率化するための仕組みです。ここでは、日常的に実感しやすい主なメリットを具体例を交えて説明します。
表示速度の大幅改善
ユーザーに近いサーバー（エッジ）からデータを配信するため、ページの表示が速くなります。例えば、画像やJavaScriptといった静的ファイルはキャッシュからすぐ配信され、遠くのオリジンサーバーまで往復する時間を省けます。結果として体感速度が向上します。
オリジンサーバーの負荷軽減
よくアクセスされるデータをキャッシュサーバーが肩代わりするため、オリジンサーバーへのリクエスト数が減ります。アクセス集中時でもサーバーのCPUやデータベースへの負荷を抑えられ、障害発生のリスクを下げられます。
レスポンスタイムの安定化
地域差やトラフィック急増時でも、複数のキャッシュノードが並列で応答するため、応答時間が安定します。キャッシュの有効期限（TTL）やキャッシュヒット率を調整すると、より安定した応答が得られます。
帯域とコストの削減
オリジンから送るデータ量が減るため、転送コストを抑えられます。特に大容量の画像や動画を扱うサイトでは、大きな効果が見込めます。
ユーザー体験とビジネス効果
表示が速く安定すると、訪問者の離脱が減り、購入や申込などのコンバージョン向上につながります。短い読み込み時間は信頼感にもつながります。
セキュリティ面の副次効果
CDNはトラフィックの吸収やTLS終端をエッジで行えるため、DDoS対策や通信の暗号化でセキュリティ強化に寄与します。
CDNキャッシュの具体的な活用事例
事例の概要
この章では、ZennがCloudflareのCDNキャッシュを使って検索速度を改善し、データベース（DB）負荷を下げた実例を紹介します。AIクローラーなどによる大量アクセスで検索APIの負荷が高まったため、CDN側でのキャッシュを有効にしました。
実際に行った設定例
- 検索レスポンスにCache-Controlヘッダーを付与（例：public, max-age=30, stale-while-revalidate=60）。これにより短時間ならCDNが結果を返し、裏で再取得して更新します。
- クエリパラメータを考慮したキャッシュキー設計。無駄なバリエーションを減らすため正規化を行いました。
- 動的APIのうち、読み取りが多く多少の時差を許容できるエンドポイントを選び、一部をキャッシュ化しました。
- コンテンツ更新時はサロゲートキーやAPI経由で部分的にキャッシュをパージしました。
効果とポイント
- 検索の体感速度が向上し、DBへのリクエスト数が大幅に減りました。ユーザーの待ち時間が短くなり、インフラコストも下がります。
- 個人向けの認証情報やリアルタイム性が必要なデータはキャッシュしないよう注意してください。TTLの長さやパージ手順を整備すると安全に運用できます。
運用で気を付けること
- キャッシュヒット率やレスポンスタイムを継続的に監視する。
- ボットやクローラーによる偏った負荷に対しては、TTL調整やレート制限と組み合わせると効果的です。
- 仕様変更時はキャッシュキーやヘッダーの見直しを忘れないでください。
CDNキャッシュ導入・運用のポイント
はじめに短く触れると、CDNキャッシュは配信効率を上げますが、運用で注意する点があります。ここでは導入前後に押さえる実務的なポイントをまとめます。
1. キャッシュ対象の選定
基本は静的ファイル（画像・CSS・JavaScript・動画）を優先します。ログイン後の個別ページやリアルタイム性が重要な画面はキャッシュしすぎないようにしてください。たとえばカート画面や会員専用ページは例外にします。
2. コンテンツ更新とパージ
コンテンツを更新したらCDNのキャッシュをクリア（パージ）します。WordPressならCDN連携プラグインで自動化できます。手動では管理画面やAPIでパージし、影響範囲を限定するワイルドカードやURL単位の指定を活用してください。
3. キャッシュ制御ヘッダー
Cache-ControlやExpiresで細かく設定します。短めのTTLを設定して頻繁に更新するファイルは早めに反映させ、長く変わらないファイルは長めに設定します。ファイル名にバージョンを付ける（例: app.v2.js）ことで確実に更新を反映できます。
4. セキュリティと不要アクセスの制御
WAFで不正なリクエストをブロックし、robots.txtでクローラーを制御すると効率が上がります。ログを定期的に確認して異常なアクセスやキャッシュミスを見つけてください。
5. 運用のコツ
・ステージング環境で設定を検証する
・TTLやパージ頻度をモニタリングして調整する
・自動化（プラグインやAPI連携）で運用負荷を減らす
・監視とログ収集で問題を早期発見する
以上のポイントを順守すると、効率と安全性の両立が図れます。
まとめ：CDNキャッシュの重要性
CDNキャッシュは、ウェブサービスの応答速度向上、サーバー負荷の軽減、そしてコストの最適化に大きく寄与します。適切なキャッシュ戦略と運用を身につけることで、安定した配信と良好なユーザー体験を両立できます。
主なポイント
- 高速化・ユーザー体験の改善
- 画像やCSS、JavaScriptといった静的資産をエッジで配信すると、ページ表示が速くなります。例えば、トップページのロゴやサムネイルをキャッシュするだけで体感速度が向上します。
- 信頼性と可用性の向上
- トラフィックが集中してもオリジンサーバーの負荷が下がり、ダウンタイムのリスクを減らせます。障害発生時にもエッジに残ったコンテンツで継続配信が可能です。
- コスト最適化
- 帯域やリクエスト数を削減でき、運用コストを抑えられます。長めのTTLを設定して頻繁なオリジンアクセスを避ける例が有効です。
運用上の注意点（実践的な例）
- TTLとキャッシュ対象を使い分ける：画像は長め、APIや個人化レスポンスは短めや非キャッシュにする。
- バージョニングを活用する：ファイル名にバージョンを付けると確実に新しい資産を配信できます。
- キャッシュパージと無効化：誤配信時の影響を抑えるために即時パージ手順を用意する。
- 監視とログ解析：キャッシュヒット率やレスポンスタイムを定期的に確認して改善する。
まずは小さな範囲で導入し、モニタリングを続けながら最適化を進めてください。CDNキャッシュを適切に運用すれば、ユーザー満足度とサービスの安定性を同時に高められます。
