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FastAPIのデプロイメント完全ガイド – Docker・Kubernetes・クラウド運用
FastAPIアプリケーションを本格的に運用するためには、適切なデプロイメント戦略が必要です。この記事では、Docker、Kubernetes、各種クラウドプラットフォームでのデプロイメント方法を詳しく解説します。
デプロイメントの基礎知識
デプロイメント方式の比較
- 従来型デプロイメント: 物理サーバーまたはVMに直接デプロイ
- コンテナ化デプロイメント: Dockerコンテナを使用
- オーケストレーション: Kubernetes等によるコンテナ管理
- サーバーレス: AWS Lambda、Google Cloud Functions等
- PaaS: Heroku、Railway、Render等
本番環境の考慮事項
- スケーラビリティ: 負荷に応じた自動スケーリング
- 可用性: 高可用性とフェイルオーバー
- セキュリティ: HTTPS、ファイアウォール、セキュリティ更新
- 監視: ログ、メトリクス、アラート
- パフォーマンス: レスポンス時間、スループット
Dockerによるコンテナ化
本番用Dockerfile
# Dockerfile
FROM python:3.11-slim as base
# システムの依存関係をインストール
RUN apt-get update && apt-get install -y
gcc
g++
&& rm -rf /var/lib/apt/lists/*
# 作業ディレクトリの設定
WORKDIR /app
# 依存関係のインストール(キャッシュ効率化)
COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir --upgrade pip &&
pip install --no-cache-dir -r requirements.txt
# アプリケーションファイルのコピー
COPY ./app /app
# 非rootユーザーの作成(セキュリティ向上)
RUN groupadd -r appuser && useradd -r -g appuser appuser
RUN chown -R appuser:appuser /app
USER appuser
# ヘルスチェック
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=30s --start-period=5s --retries=3
CMD curl -f http://localhost:8000/health || exit 1
# ポートの公開
EXPOSE 8000
# アプリケーションの起動
CMD ["uvicorn", "main:app", "--host", "0.0.0.0", "--port", "8000", "--workers", "4"]
マルチステージビルド(最適化版)
# Dockerfile.prod
# ビルドステージ
FROM python:3.11-slim as builder
WORKDIR /app
# 依存関係のインストール
COPY requirements.txt .
RUN pip install --user --no-cache-dir -r requirements.txt
# 本番ステージ
FROM python:3.11-slim as production
# セキュリティ更新
RUN apt-get update && apt-get upgrade -y &&
apt-get clean && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
# ユーザー作成
RUN groupadd -r appuser && useradd -r -g appuser appuser
# 作業ディレクトリ
WORKDIR /app
# ビルドステージから依存関係をコピー
COPY --from=builder /root/.local /home/appuser/.local
COPY --chown=appuser:appuser ./app /app
# パスの設定
ENV PATH=/home/appuser/.local/bin:$PATH
USER appuser
EXPOSE 8000
CMD ["gunicorn", "main:app", "-w", "4", "-k", "uvicorn.workers.UvicornWorker", "--bind", "0.0.0.0:8000"]
Docker Compose(開発・テスト環境)
# docker-compose.yml
version: '3.8'
services:
web:
build: .
ports:
- "8000:8000"
environment:
- DATABASE_URL=postgresql://postgres:password@db:5432/fastapi_db
- SECRET_KEY=your-secret-key
depends_on:
db:
condition: service_healthy
volumes:
- ./app:/app # 開発時のホットリロード用
command: uvicorn main:app --host 0.0.0.0 --port 8000 --reload
db:
image: postgres:15
environment:
POSTGRES_DB: fastapi_db
POSTGRES_USER: postgres
POSTGRES_PASSWORD: password
ports:
- "5432:5432"
volumes:
- postgres_data:/var/lib/postgresql/data
healthcheck:
test: ["CMD-SHELL", "pg_isready -U postgres"]
interval: 10s
timeout: 5s
retries: 5
redis:
image: redis:7-alpine
ports:
- "6379:6379"
command: redis-server --appendonly yes
volumes:
- redis_data:/data
nginx:
image: nginx:alpine
ports:
- "80:80"
- "443:443"
volumes:
- ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf
- ./ssl:/etc/nginx/ssl
depends_on:
- web
volumes:
postgres_data:
redis_data:
本番用Docker Compose
# docker-compose.prod.yml
version: '3.8'
services:
web:
build:
context: .
dockerfile: Dockerfile.prod
restart: unless-stopped
environment:
- DATABASE_URL=${DATABASE_URL}
- SECRET_KEY=${SECRET_KEY}
- ALLOWED_HOSTS=${ALLOWED_HOSTS}
depends_on:
- db
- redis
networks:
- app-network
db:
image: postgres:15
restart: unless-stopped
environment:
POSTGRES_DB: ${POSTGRES_DB}
POSTGRES_USER: ${POSTGRES_USER}
POSTGRES_PASSWORD: ${POSTGRES_PASSWORD}
volumes:
- postgres_data:/var/lib/postgresql/data
- ./init.sql:/docker-entrypoint-initdb.d/init.sql
networks:
- app-network
redis:
image: redis:7-alpine
restart: unless-stopped
command: redis-server --appendonly yes --requirepass ${REDIS_PASSWORD}
volumes:
- redis_data:/data
networks:
- app-network
nginx:
image: nginx:alpine
restart: unless-stopped
ports:
- "80:80"
- "443:443"
volumes:
- ./nginx/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf
- ./nginx/ssl:/etc/nginx/ssl
- ./nginx/logs:/var/log/nginx
depends_on:
- web
networks:
- app-network
networks:
app-network:
driver: bridge
volumes:
postgres_data:
redis_data:
Nginx設定
リバースプロキシ設定
# nginx/nginx.conf
events {
worker_connections 1024;
}
http {
include /etc/nginx/mime.types;
default_type application/octet-stream;
# ログ設定
log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
'$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
'"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
access_log /var/log/nginx/access.log main;
error_log /var/log/nginx/error.log warn;
# Gzip圧縮
gzip on;
gzip_vary on;
gzip_min_length 1024;
gzip_types text/plain text/css text/xml text/javascript
application/x-javascript application/xml+rss application/json;
# アップストリーム設定
upstream fastapi_backend {
server web:8000;
# 複数インスタンスの場合
# server web1:8000;
# server web2:8000;
}
# HTTPからHTTPSへのリダイレクト
server {
listen 80;
server_name your-domain.com www.your-domain.com;
return 301 https://$server_name$request_uri;
}
# HTTPS設定
server {
listen 443 ssl http2;
server_name your-domain.com www.your-domain.com;
# SSL証明書
ssl_certificate /etc/nginx/ssl/fullchain.pem;
ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/privkey.pem;
# SSL設定
ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
ssl_ciphers ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA512:DHE-RSA-AES256-GCM-SHA512:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384;
ssl_prefer_server_ciphers off;
ssl_session_cache shared:SSL:10m;
ssl_session_timeout 10m;
# セキュリティヘッダー
add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains" always;
add_header X-Content-Type-Options nosniff;
add_header X-Frame-Options DENY;
add_header X-XSS-Protection "1; mode=block";
# 静的ファイル配信
location /static/ {
alias /app/static/;
expires 1y;
add_header Cache-Control "public, immutable";
}
# API プロキシ
location / {
proxy_pass http://fastapi_backend;
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
# タイムアウト設定
proxy_connect_timeout 30s;
proxy_send_timeout 30s;
proxy_read_timeout 30s;
# WebSocket サポート
proxy_http_version 1.1;
proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
proxy_set_header Connection "upgrade";
}
# ヘルスチェック
location /health {
proxy_pass http://fastapi_backend/health;
access_log off;
}
}
}
Kubernetesでの運用
Deployment設定
# k8s/deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: fastapi-app
labels:
app: fastapi-app
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: fastapi-app
template:
metadata:
labels:
app: fastapi-app
spec:
containers:
- name: fastapi
image: your-registry/fastapi-app:latest
ports:
- containerPort: 8000
env:
- name: DATABASE_URL
valueFrom:
secretKeyRef:
name: app-secrets
key: database-url
- name: SECRET_KEY
valueFrom:
secretKeyRef:
name: app-secrets
key: secret-key
resources:
requests:
memory: "256Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "512Mi"
cpu: "500m"
livenessProbe:
httpGet:
path: /health
port: 8000
initialDelaySeconds: 30
periodSeconds: 10
readinessProbe:
httpGet:
path: /health
port: 8000
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 5
volumeMounts:
- name: config-volume
mountPath: /app/config
volumes:
- name: config-volume
configMap:
name: app-config
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: fastapi-service
spec:
selector:
app: fastapi-app
ports:
- protocol: TCP
port: 80
targetPort: 8000
type: ClusterIP
ConfigMapとSecret
# k8s/configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: app-config
data:
app_name: "FastAPI App"
environment: "production"
log_level: "INFO"
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: app-secrets
type: Opaque
data:
database-url: <base64-encoded-database-url>
secret-key: <base64-encoded-secret-key>
redis-password: <base64-encoded-redis-password>
Ingress設定
# k8s/ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: fastapi-ingress
annotations:
kubernetes.io/ingress.class: nginx
cert-manager.io/cluster-issuer: letsencrypt-prod
nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"
nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: 10m
spec:
tls:
- hosts:
- your-domain.com
secretName: fastapi-tls
rules:
- host: your-domain.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: fastapi-service
port:
number: 80
Horizontal Pod Autoscaler
# k8s/hpa.yaml
apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
name: fastapi-hpa
spec:
scaleTargetRef:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
name: fastapi-app
minReplicas: 3
maxReplicas: 10
metrics:
- type: Resource
resource:
name: cpu
target:
type: Utilization
averageUtilization: 70
- type: Resource
resource:
name: memory
target:
type: Utilization
averageUtilization: 80
AWS EKSでのデプロイメント
EKSクラスター作成
# eksctl を使用したクラスター作成
eksctl create cluster
--name fastapi-cluster
--version 1.27
--region ap-northeast-1
--nodegroup-name standard-workers
--node-type t3.medium
--nodes 3
--nodes-min 1
--nodes-max 4
--managed
Application Load Balancer設定
# k8s/aws-load-balancer.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: fastapi-service-alb
annotations:
service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: nlb
service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-ssl-cert: arn:aws:acm:region:account:certificate/cert-id
service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-ssl-ports: "443"
service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-backend-protocol: http
spec:
type: LoadBalancer
selector:
app: fastapi-app
ports:
- name: http
port: 80
targetPort: 8000
- name: https
port: 443
targetPort: 8000
Google Cloud Platform (GKE) デプロイメント
GKEクラスター作成
# GKEクラスターの作成
gcloud container clusters create fastapi-cluster
--zone=asia-northeast1-a
--num-nodes=3
--machine-type=e2-standard-2
--enable-autoscaling
--min-nodes=1
--max-nodes=5
Cloud SQLとの連携
# k8s/cloudsql-proxy.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: fastapi-app-with-cloudsql
spec:
template:
spec:
containers:
- name: fastapi
image: gcr.io/your-project/fastapi-app:latest
env:
- name: DATABASE_URL
value: "postgresql://user:password@127.0.0.1:5432/dbname"
- name: cloudsql-proxy
image: gcr.io/cloudsql-docker/gce-proxy:1.33.2
command:
- "/cloud_sql_proxy"
- "-instances=your-project:region:instance=tcp:5432"
securityContext:
runAsNonRoot: true
サーバーレスデプロイメント
AWS Lambda (Mangum)
# lambda_handler.py
from mangum import Mangum
from app.main import app
# FastAPIアプリをLambda対応に変換
handler = Mangum(app, lifespan="off")
# serverless.yml
service: fastapi-serverless
provider:
name: aws
runtime: python3.9
region: ap-northeast-1
environment:
DATABASE_URL: ${env:DATABASE_URL}
SECRET_KEY: ${env:SECRET_KEY}
functions:
api:
handler: lambda_handler.handler
events:
- http:
path: /{proxy+}
method: ANY
cors: true
- http:
path: /
method: ANY
cors: true
timeout: 30
plugins:
- serverless-python-requirements
custom:
pythonRequirements:
dockerizePip: true
Vercel デプロイメント
# vercel_app.py
from app.main import app
# Vercel用のハンドラー
def handler(request):
return app(request.environ, request.start_response)
{
"_comment": "vercel.json",
"builds": [
{
"src": "vercel_app.py",
"use": "@vercel/python"
}
],
"routes": [
{
"src": "/(.*)",
"dest": "vercel_app.py"
}
]
}
CI/CDパイプライン
GitHub Actions(完全版)
# .github/workflows/deploy.yml
name: Deploy to Production
on:
push:
branches: [ main ]
env:
REGISTRY: ghcr.io
IMAGE_NAME: ${{ github.repository }}
jobs:
test:
runs-on: ubuntu-latest
steps:
- uses: actions/checkout@v3
- name: Set up Python
uses: actions/setup-python@v4
with:
python-version: '3.11'
- name: Install dependencies
run: |
pip install -r requirements.txt
pip install -r requirements-test.txt
- name: Run tests
run: |
pytest --cov=app --cov-report=xml
- name: Upload coverage
uses: codecov/codecov-action@v3
build-and-push:
needs: test
runs-on: ubuntu-latest
permissions:
contents: read
packages: write
steps:
- uses: actions/checkout@v3
- name: Log in to Container Registry
uses: docker/login-action@v2
with:
registry: ${{ env.REGISTRY }}
username: ${{ github.actor }}
password: ${{ secrets.GITHUB_TOKEN }}
- name: Extract metadata
id: meta
uses: docker/metadata-action@v4
with:
images: ${{ env.REGISTRY }}/${{ env.IMAGE_NAME }}
tags: |
type=ref,event=branch
type=ref,event=pr
type=sha,prefix={{branch}}-
type=raw,value=latest,enable={{is_default_branch}}
- name: Build and push Docker image
uses: docker/build-push-action@v4
with:
context: .
file: ./Dockerfile.prod
push: true
tags: ${{ steps.meta.outputs.tags }}
labels: ${{ steps.meta.outputs.labels }}
deploy:
needs: build-and-push
runs-on: ubuntu-latest
environment: production
steps:
- uses: actions/checkout@v3
- name: Configure AWS credentials
uses: aws-actions/configure-aws-credentials@v2
with:
aws-access-key-id: ${{ secrets.AWS_ACCESS_KEY_ID }}
aws-secret-access-key: ${{ secrets.AWS_SECRET_ACCESS_KEY }}
aws-region: ap-northeast-1
- name: Update kubeconfig
run: |
aws eks update-kubeconfig --region ap-northeast-1 --name fastapi-cluster
- name: Deploy to Kubernetes
run: |
# イメージタグを更新
sed -i "s|your-registry/fastapi-app:latest|${{ env.REGISTRY }}/${{ env.IMAGE_NAME }}:${{ github.sha }}|g" k8s/deployment.yaml
# デプロイメント実行
kubectl apply -f k8s/
# デプロイメント完了まで待機
kubectl rollout status deployment/fastapi-app
- name: Run smoke tests
run: |
# 本番環境の動作確認
sleep 30
curl -f https://your-domain.com/health || exit 1
監視とログ
Prometheus + Grafana設定
# app/monitoring.py
from prometheus_client import Counter, Histogram, generate_latest, CONTENT_TYPE_LATEST
from fastapi import FastAPI, Response
import time
# メトリクス定義
REQUEST_COUNT = Counter('http_requests_total', 'Total HTTP requests', ['method', 'endpoint', 'status'])
REQUEST_DURATION = Histogram('http_request_duration_seconds', 'HTTP request duration')
def setup_monitoring(app: FastAPI):
@app.middleware("http")
async def monitor_requests(request, call_next):
start_time = time.time()
response = await call_next(request)
duration = time.time() - start_time
REQUEST_COUNT.labels(
method=request.method,
endpoint=request.url.path,
status=response.status_code
).inc()
REQUEST_DURATION.observe(duration)
return response
@app.get("/metrics")
async def metrics():
return Response(generate_latest(), media_type=CONTENT_TYPE_LATEST)
ログ設定
# app/logging_config.py
import logging
import sys
from pythonjsonlogger import jsonlogger
def setup_logging():
# JSON形式のログフォーマッター
json_formatter = jsonlogger.JsonFormatter(
'%(asctime)s %(name)s %(levelname)s %(message)s'
)
# ハンドラー設定
handler = logging.StreamHandler(sys.stdout)
handler.setFormatter(json_formatter)
# ロガー設定
logger = logging.getLogger()
logger.setLevel(logging.INFO)
logger.addHandler(handler)
# uvicornログの設定
logging.getLogger("uvicorn.access").handlers = [handler]
logging.getLogger("uvicorn.error").handlers = [handler]
セキュリティ強化
セキュリティベストプラクティス
# app/security_config.py
from fastapi import FastAPI
from fastapi.middleware.httpsredirect import HTTPSRedirectMiddleware
from fastapi.middleware.trustedhost import TrustedHostMiddleware
import os
def configure_security(app: FastAPI):
# HTTPS リダイレクト(本番環境のみ)
if os.getenv("ENVIRONMENT") == "production":
app.add_middleware(HTTPSRedirectMiddleware)
# 信頼できるホストの制限
allowed_hosts = os.getenv("ALLOWED_HOSTS", "localhost").split(",")
app.add_middleware(TrustedHostMiddleware, allowed_hosts=allowed_hosts)
# セキュリティヘッダー
@app.middleware("http")
async def add_security_headers(request, call_next):
response = await call_next(request)
response.headers["X-Content-Type-Options"] = "nosniff"
response.headers["X-Frame-Options"] = "DENY"
response.headers["X-XSS-Protection"] = "1; mode=block"
response.headers["Strict-Transport-Security"] = "max-age=31536000; includeSubDomains"
return response
パフォーマンス最適化
本番環境設定
# app/production_config.py
import os
import uvicorn
from multiprocessing import cpu_count
class ProductionConfig:
# ワーカー数の設定
workers = int(os.getenv("WORKERS", cpu_count()))
# 接続設定
host = os.getenv("HOST", "0.0.0.0")
port = int(os.getenv("PORT", 8000))
# タイムアウト設定
keepalive_timeout = int(os.getenv("KEEPALIVE_TIMEOUT", 65))
graceful_timeout = int(os.getenv("GRACEFUL_TIMEOUT", 30))
# ログ設定
log_level = os.getenv("LOG_LEVEL", "info")
access_log = os.getenv("ACCESS_LOG", "true").lower() == "true"
def run_production_server():
config = ProductionConfig()
uvicorn.run(
"main:app",
host=config.host,
port=config.port,
workers=config.workers,
log_level=config.log_level,
access_log=config.access_log,
proxy_headers=True,
forwarded_allow_ips="*"
)
if __name__ == "__main__":
run_production_server()
障害対応とトラブルシューティング
ヘルスチェックエンドポイント
# app/health.py
from fastapi import APIRouter, Depends, HTTPException
from sqlalchemy.orm import Session
from app.database import get_db
import redis
import os
router = APIRouter()
@router.get("/health")
async def health_check():
return {"status": "healthy", "timestamp": datetime.utcnow()}
@router.get("/health/detailed")
async def detailed_health_check(db: Session = Depends(get_db)):
checks = {}
# データベース接続チェック
try:
db.execute("SELECT 1")
checks["database"] = "healthy"
except Exception as e:
checks["database"] = f"unhealthy: {str(e)}"
# Redis接続チェック
try:
redis_client = redis.from_url(os.getenv("REDIS_URL"))
redis_client.ping()
checks["redis"] = "healthy"
except Exception as e:
checks["redis"] = f"unhealthy: {str(e)}"
# 全体のステータス判定
all_healthy = all(status == "healthy" for status in checks.values())
if not all_healthy:
raise HTTPException(status_code=503, detail={"status": "unhealthy", "checks": checks})
return {"status": "healthy", "checks": checks}
まとめ
FastAPIの本格的なデプロイメントには以下が重要です:
- コンテナ化: Dockerによる一貫した実行環境
- オーケストレーション: Kubernetesによる自動スケーリングと管理
- CI/CD: 自動化されたテスト・ビルド・デプロイパイプライン
- 監視: メトリクス、ログ、アラートによる運用監視
- セキュリティ: HTTPS、セキュリティヘッダー、認証の適切な実装
これらの技術を組み合わせることで、スケーラブルで信頼性の高いFastAPIアプリケーションを運用できます。