マルチステージビルド

2025年11月5日

マルチステージビルド

英語表記: Multi-stage Builds

概要

マルチステージビルドは、コンテナ技術におけるイメージ管理の分野で、最終的なコンテナイメージのサイズを最小化するための極めて重要な手法です。一つのDockerfile内に複数のビルドステージ（段階）を定義し、それぞれのステージで必要な作業を完結させます。そして、最終的にランタイムに必要な成果物のみを、軽量なベースイメージにコピーして利用します。これは、コンテナ技術（Docker, Podman）におけるイメージの肥大化という長年の課題を効果的に解決するために、Dockerエコシステム内で標準化された機能です。

詳細解説

マルチステージビルドがなぜ重要なのかを理解するには、まず従来のイメージビルドの問題点を把握する必要があります。アプリケーションをビルドする際、ソースコードのコンパイルや依存関係の解決のために、Node.jsのランタイム、JavaのJDK、C++のコンパイラ（GCC）、あるいは大量のライブラリといった「開発ツール」が必要になります。しかし、これらのツールは、アプリケーションが実際に実行される「ランタイム環境」では一切必要ありません。

従来のビルド手法では、これらの不要な開発ツールや中間ファイルがそのまま最終イメージに含まれてしまい、結果として数百MB、時には数GBにも及ぶ巨大なコンテナイメージが生成されていました。これは、イメージの転送速度の低下、ストレージ消費の増大、そしてセキュリティリスクの増加（不要なパッケージが多いほど脆弱性の温床になる）という、イメージ管理上の深刻な問題を引き起こしていました。

マルチステージビルドは、この問題を根本的に解決します。

動作の仕組みと主要コンポーネント

マルチステージビルドは、一つのDockerfileの中で複数の FROM 命令を使用することで実現されます。

ビルドステージ (Build Stage):
- 最初の FROM 命令で、コンパイルやテストに必要な全てのツールを含む、比較的大きなベースイメージ（例：node:latest, maven:jdk-17）を指定します。
- このステージには AS <ステージ名> という形で名前を付けることが一般的です（例：FROM node:latest AS builder）。
- ここでは、アプリケーションのコンパイルや依存関係のダウンロードといった、重い作業がすべて実行されます。
ランタイムステージ (Runtime Stage):
- 次の FROM 命令で、アプリケーションの実行に最低限必要なものだけを含む、極めて軽量なベースイメージ（例：node:slim, alpine, scratch）を指定します。
- このステージの目的は、実行環境を可能な限り小さくすることです。
- ここで最も重要なのが COPY --from=<ステージ名> 命令です。この命令により、前のステージ（ビルドステージ）で生成された、コンパイル済みの実行ファイルや静的ファイルなど、最終成果物のみを、この軽量なランタイムステージにコピーします。

このプロセスにより、ビルドステージで使われた数百MBのコンパイラや開発ライブラリは完全に破棄され、最終的なコンテナイメージには、実行に必要な数十MBの成果物だけが残ります。これは本当に画期的なイメージ最適化の手法であり、Dockerエコシステムにおいて必須のテクニックとなりました。

具体例・活用シーン

マルチステージビルドは、特にコンパイルが必要な言語（Go, Java, C#, C++）や、フロントエンドのビルドプロセス（React, Vue.js, Angular）において絶大な効果を発揮します。

活用シーンの具体例

Go言語アプリケーションのビルド:
- ステージ1（ビルド）: golang:latest イメージを使用し、Goのソースコードをコンパイルして実行可能バイナリを生成します。
- ステージ2（ランタイム）: scratch または alpine のような極小イメージを使用し、ステージ1で生成されたバイナリだけをコピーします。これにより、最終イメージサイズは数MBに抑えられます。

アナロジー：お菓子工場と陳列ケース

マルチステージビルドの仕組みを理解するために、私たちがケーキを作る工場を想像してみましょう。

ステージ1：キッチン（ビルド環境）
これは、コンパイルや依存関係のインストールを行う「ビルドステージ」に相当します。ここでは、巨大なミキサー、オーブン、大量の小麦粉の袋、卵の殻など、ケーキを作るための道具や材料が散乱しています。このキッチン自体は非常に大きく、多くのスペースを占めます。

ステージ2：陳列ケース（ランタイム環境）
これは、アプリケーションが実行される「ランタイムステージ」に相当します。お客様（ユーザー）に提供するのは、この美しく飾られた陳列ケースに入った完成したケーキだけです。

マルチステージビルドの哲学は、「お客様には、ケーキを作るために使った汚れたミキサーや、使い終わった小麦粉の袋を渡す必要はない」という点にあります。私たちは、ステージ1（キッチン）で完成させたケーキ（成果物）だけを、ステージ2（陳列ケース）という清潔で軽量な環境に移し替えて提供するのです。これにより、運送コスト（イメージ転送時間）は劇的に下がり、お客様はすぐに美味しいケーキ（アプリケーション）を受け取れるわけです。

この手法は、イメージ管理の効率化に直結し、特にマイクロサービスアーキテクチャを採用している環境では、デプロイ速度の向上に大きく貢献します。ぜひ皆様もご自身のプロジェクトで試していただきたいです。

資格試験向けチェックポイント

マルチステージビルドは、コンテナ技術（Docker, Podman）の分野におけるイメージ最適化の基本中の基本であり、特に応用情報技術者試験やその上位の試験では、概念を問われる可能性があります。

試験対策のヒント

コアコンセプト: イメージサイズを削減することで、ネットワーク帯域の消費を抑え、コンテナレジストリからのプル時間を短縮できる、という一連の流れを覚えておきましょう。これはイメージ管理のコスト最適化に直結します。
コマンドの役割: AS がステージに名前を付け、COPY --from= がその名前を使って成果物を参照・コピーする、という仕組みは頻出ポイントです。
セキュリティ: 不要なツール（例：curl, ssh, コンパイラ）を最終イメージから排除することで、攻撃対象領域（Attack Surface）が減少し、セキュリティが向上するという側面も重要です。