コールドスタートとは？初心者でもわかる仕組みと具体的な対策方法

クラウド開発•2025/1/28

AWS Google Cloud Node.js Serverless Framework

はじめに

サーバーレスやコンテナなどのクラウド技術が普及したことで、必要なときだけリソースを起動して使えるようになりました。

しかし、リソースをゼロから立ち上げる際にはコールドスタートと呼ばれる処理が発生することがあります。

これはサービスを呼び出してから応答が返るまでに、通常よりも余分な初期化時間がかかってしまう現象です。

皆さんも「サーバーレスで少し遅延を感じることがある」といった話を耳にしたことがあるかもしれませんね。

このコールドスタートは、初心者の方にとっては「どうして遅くなるのか」が見えにくい部分でもあります。

そこで本記事では、コールドスタートがどのように起きるのかを解説し、対策の一例まで紹介していきます。

「よくわからないけれど、サーバーレスを使うと起動に時間がかかるみたい」と感じている方は、ぜひ最後まで読んでみてください。

この記事を読むとわかること

コールドスタートがどのような仕組みで発生するか
サーバーレスの開発現場で起こりがちな遅延の原因
コールドスタートを軽減する具体的なコード例
運用時に気をつけるポイントや測定の方法
初心者でも理解しやすい対策の取り組み方

コールドスタートとは何か

コールドスタートとは、サーバーレスやコンテナなどを「初めて呼び出す」タイミングで発生する初期化の遅延のことです。

具体的には、クラウド環境であればAWS LambdaやGCP Cloud Functions、またはAzure Functionsなどを思い浮かべてください。

これらのサービスは、リクエストがない間はリソースを停止または縮退しているケースがあります。

リクエストが飛んだ瞬間に、まずコンテナや実行環境を起動しなければならないため、通常のレスポンスよりも長い処理時間が必要になるのです。

たとえば、普段はレスポンスが数ミリ秒で返ってくるようなAPIでも、コールドスタートが発生すると数百ミリ秒から場合によっては数秒かかることがあります。

こうした遅延は、ユーザー体験や他のAPIへの連鎖的な影響にもつながる可能性があります。

一方で、ずっとサービスを起動したままにしておく方法もありますが、それだとサーバーレスの恩恵である「必要なときだけ動く」という利点が活かしにくくなるでしょう。

コールドスタート自体は環境の特性上避けられない部分ですが、工夫や対策によってだいぶ軽減することが可能です。

コールドスタートが発生する仕組み

なぜコールドスタートが発生するのか、もう少し深く見てみましょう。

サーバーレスやコンテナ環境では、リクエストを受け付ける前に次のような準備が必要になります。

実行環境の割り当て
アプリケーションコードの読み込み
依存ライブラリの初期化
ネットワーク接続や外部サービスとの設定

上記の工程を行うためには、ある程度の時間がかかってしまいます。

リクエストが続いていれば、環境を温存しているため、再起動の必要が少なくなることもあります。

しかし、アイドル状態が長く続いたあとに再度呼び出されると、新しく環境を立ち上げる必要が出てくるので、そこでコールドスタートの遅延が生じます。

特に依存ライブラリが多いアプリケーションや、初期化処理が重いアプリケーションほど、この遅延は顕著に現れます。

また、メモリ量や同時実行数の設定によっても起動の仕方が異なることがあるため、実行環境によって必要な初期化の重さが変わるのです。

多くのクラウド提供元が最適化を進めていますが、まったくゼロになることはないため、エンジニア側での工夫がカギになります。

開発現場でよくある活用シーン

コールドスタートは一見ネガティブに感じるかもしれませんが、サーバーレスなどを実際に使う場面は数多くあります。

たとえば、時々しか呼ばれないバッチ処理などです。

定期的にデータを集計したり、夜間だけ動かしたいタスクがある場合は、サーバーを常時起動するよりコストを抑えることができます。

また、イベント駆動のアーキテクチャでもサーバーレスがよく使われます。

ユーザーが画像をアップロードした瞬間に、画像を圧縮する処理を行うようなパターンです。

こうしたシーンでは、常時サーバーを保持する必要がないため、無駄なリソースを使わないで済みます。

ただし、初回リクエストや不規則なタイミングの呼び出しでは、コールドスタートによる遅延が起こりやすいです。

APIとして外部に提供する場合は、ユーザーが操作したタイミングで呼び出されるため、レスポンスが遅いとストレスを感じるかもしれません。

そこで、次に紹介するコールドスタート対策によって、できるだけ遅延を小さくする工夫が必要になってきます。

本番環境でレスポンスがシビアに求められる場合は、コールドスタートによる遅延が顕著になることがあります。必要に応じて常時稼働プランや最適なメモリ設定などを検討しましょう。

コールドスタート対策の実践例

コールドスタートを完全に消すことは難しいですが、ある程度和らげる方法はいくつか存在します。

ここではNode.jsをサーバーレスで動かす場合のコード例を取り上げてみましょう。

下記の例では、アプリケーション起動時に不要なライブラリの読み込みを最小限にするための工夫をしています。


// 依存ライブラリの読み込みを必要最低限にする例
// たとえばAWSのSDK全体ではなく、個別のモジュールだけをインポートするなど
const { S3Client, PutObjectCommand } = require("@aws-sdk/client-s3");

// ライブラリを遅延ロードできるところはアプリ内で必要になった瞬間に require
function handler(event, context) {
  // 初期化処理をなるべく軽くする
  // グローバルスコープで大規模ライブラリを読み込まないように注意

  const s3 = new S3Client({ region: "ap-northeast-1" });

  return s3.send(new PutObjectCommand({
    Bucket: "my-bucket",
    Key: "hello.txt",
    Body: "Hello from cold start example!"
  }))
    .then(() => {
      return {
        statusCode: 200,
        body: "File uploaded successfully!"
      };
    })
    .catch((err) => {
      return {
        statusCode: 500,
        body: `Error occurred: ${err.message}`
      };
    });
}

module.exports = { handler };

上記のように、必要な機能だけに絞った読み込みを行うことで、初期化時の処理を減らすことを狙っています。

また、コード中で一度しか使わない機能を大規模なライブラリごと読み込むのは避けるといった工夫も有効です。

さらに、メモリ設定を高くするといった方法もありますが、その分コストが上がる場合があるのでバランスを見ながら調整する必要があるでしょう。

他にも、定期的にエンドポイントにアクセスしてウォームアップを行うスクリプトを組む方法があります。

あまり使われない手だと感じるかもしれませんが、どうしても遅延を抑えたい場合には有効な手段です。

要するに、コールドスタートを起こさないように疑似リクエストを投げて環境を維持するイメージです。

ただ、利用状況によっては費用対効果を慎重に判断する必要があります。

コールドスタートの性能測定

コールドスタート対策を実施したら、その効果を測定することが大切です。

具体的には、どういった呼び出し時に遅延が発生しているのかをログに残し、可視化するのが一般的です。

たとえば、AWS Lambdaを例に挙げると、以下のようにログ出力を追加して処理時間を計測する方法があります。


async function handler(event, context) {
  const startTime = Date.now();

  // メインロジック
  // ここでは単純に合計を計算する例
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    sum += i;
  }

  const endTime = Date.now();
  const totalTime = endTime - startTime;

  console.log(`Execution time: ${totalTime}ms`);

  return {
    statusCode: 200,
    body: `Result: ${sum}, Execution time: ${totalTime}ms`
  };
}

module.exports = { handler };

このように処理開始時と終了時のタイムスタンプを取得しておけば、特定のリクエストごとの遅延を簡単に把握できます。

さらに、リクエストがほとんど来ない時間帯が続いた後の呼び出しで、どのくらい遅くなったかを比較することも可能です。

一度測定してみると、「予想よりも時間がかかっていた」「思ったほど影響は小さくなかった」といった発見があるかもしれません。

そうした数値をもとに、メモリ設定やライブラリの使い方を見直すといったアクションを繰り返していくのが、運用上の一般的な流れです。

まとめ

コールドスタートとは、サーバーレスやコンテナ環境でリソースをゼロから起動する際に起こる初期化の遅延です。

起動時に依存ライブラリを読み込む時間やネットワーク設定の準備時間などが追加されるため、通常よりもレスポンスが遅くなることがあります。

しかし、ライブラリを必要最低限に絞ったり、定期的にリクエストを投げてウォームアップを行ったりすることで、この遅延をある程度抑えることができます。

実際の開発では、単純に起動時間を縮めるだけでなく、コスト面との兼ね合いも重要です。

まずは小さな規模で試してみて、どれくらい遅延が発生するか測定しながら調整するのがおすすめです。

皆さんもコールドスタートを理解し、必要に応じた対策を身につけていきましょう。