データベースマイグレーション

データベースマイグレーションパターン

プロダクションシステムのための安全で可逆的なデータベーススキーマ変更。

アクティベーション条件

• データベーステーブルの作成または変更
• カラムやインデックスの追加/削除
• データマイグレーション（バックフィル、変換）の実行
• ダウンタイムゼロでのスキーマ変更の計画
• 新しいプロジェクトのマイグレーションツール設定

コア原則

1. すべての変更はマイグレーションとして扱う — プロダクションデータベースを手動で変更しない
2. マイグレーションはプロダクションでは前方のみに進む — ロールバックには新しい前方マイグレーションを使用する
3. スキーマとデータのマイグレーションは分離する — 1つのマイグレーションでDDLとDMLを混在させない
4. マイグレーションはプロダクション相当のデータ量でテストする — 100行で動作するマイグレーションが1000万行でロックする可能性がある
5. マイグレーションは一度デプロイしたら不変 — プロダクションで実行されたマイグレーションを編集しない

マイグレーション安全チェックリスト

マイグレーションを適用する前に以下を確認：

• マイグレーションにUPとDOWNの両方がある（または明示的に不可逆とマークされている）
• 大規模テーブルに対するフルテーブルロックがない（同時実行操作を使用）
• 新しいカラムにはデフォルト値があるかNULL許容である（NOT NULLカラムをデフォルトなしで追加しない）
• インデックスは既存テーブルのCREATE TABLEインラインではなく、同時に作成する
• データバックフィルはスキーマ変更とは別のマイグレーションにする
• プロダクションデータのコピーでテスト済み
• ロールバック計画が文書化されている

PostgreSQLパターン

カラムの安全な追加

-- 良い例：NULL許容カラム、ロックなし
ALTER TABLE users ADD COLUMN avatar_url TEXT;

-- 良い例：デフォルト値ありのカラム（PostgreSQL 11+では即時、再書き込みなし）
ALTER TABLE users ADD COLUMN is_active BOOLEAN NOT NULL DEFAULT true;

-- 悪い例：既存テーブルにNOT NULLカラムをデフォルトなしで追加（フル再書き込みが必要）
ALTER TABLE users ADD COLUMN role TEXT NOT NULL;
-- テーブルをロックし、すべての行を再書き込みする

ダウンタイムなしでのインデックス追加

-- 悪い例：大規模テーブルで書き込みをブロックする
CREATE INDEX idx_users_email ON users (email);

-- 良い例：非ブロッキング、同時書き込みを許可
CREATE INDEX CONCURRENTLY idx_users_email ON users (email);

-- 注意：CONCURRENTLYはトランザクションブロック内では実行できない
-- ほとんどのマイグレーションツールでは特別な処理が必要

カラムのリネーム（ダウンタイムゼロ）

プロダクションで直接リネームしてはいけません。expand-contractパターンを使用します：

-- Step 1: 新しいカラムを追加（マイグレーション001）
ALTER TABLE users ADD COLUMN display_name TEXT;

-- Step 2: データをバックフィル（マイグレーション002、データマイグレーション）
UPDATE users SET display_name = username WHERE display_name IS NULL;

-- Step 3: アプリケーションコードを両方のカラムを読み書きするように更新
-- アプリケーション変更をデプロイ

-- Step 4: 古いカラムへの書き込みを停止し、削除（マイグレーション003）
ALTER TABLE users DROP COLUMN username;

カラムの安全な削除

-- Step 1: アプリケーション内のカラムへの参照をすべて削除
-- Step 2: カラム参照なしでアプリケーションをデプロイ
-- Step 3: 次のマイグレーションでカラムを削除
ALTER TABLE orders DROP COLUMN legacy_status;

-- Djangoの場合：SeparateDatabaseAndStateを使用してモデルから削除し、
-- DROP COLUMNを生成させず、次のマイグレーションで削除する

大規模データマイグレーション

-- 悪い例：1つのトランザクションですべての行を更新（テーブルをロック）
UPDATE users SET normalized_email = LOWER(email);

-- 良い例：進捗状況を確認しながらバッチ更新
DO $$
DECLARE
  batch_size INT := 10000;
  rows_updated INT;
BEGIN
  LOOP
    UPDATE users
    SET normalized_email = LOWER(email)
    WHERE id IN (
      SELECT id FROM users
      WHERE normalized_email IS NULL
      LIMIT batch_size
      FOR UPDATE SKIP LOCKED
    );
    GET DIAGNOSTICS rows_updated = ROW_COUNT;
    RAISE NOTICE 'Updated % rows', rows_updated;
    EXIT WHEN rows_updated = 0;
    COMMIT;
  END LOOP;
END $$;

Prisma (TypeScript/Node.js)

ワークフロー

# スキーマ変更からマイグレーションを作成
npx prisma migrate dev --name add_user_avatar

# 保留中のマイグレーションをプロダクションに適用
npx prisma migrate deploy

# データベースをリセット（開発環境のみ）
npx prisma migrate reset

# スキーマ変更後にクライアントを生成
npx prisma generate

スキーマ例

model User {
  id        String   @id @default(cuid())
  email     String   @unique
  name      String?
  avatarUrl String?  @map("avatar_url")
  createdAt DateTime @default(now()) @map("created_at")
  updatedAt DateTime @updatedAt @map("updated_at")
  orders    Order[]

  @@map("users")
  @@index([email])
}

カスタムSQLマイグレーション

Prismaが表現できない操作（同時インデックス、データバックフィルなど）に対応：

# 空のマイグレーションを作成し、SQLを手動で編集
npx prisma migrate dev --create-only --name add_email_index

-- migrations/20240115_add_email_index/migration.sql
-- PrismaはCONCURRENTLYを生成できないため、手動で記述
CREATE INDEX CONCURRENTLY IF NOT EXISTS idx_users_email ON users (email);

Drizzle (TypeScript/Node.js)

ワークフロー

# スキーマ変更からマイグレーションを生成
npx drizzle-kit generate

# マイグレーションを適用
npx drizzle-kit migrate

# スキーマを直接プッシュ（開発環境のみ、マイグレーションファイルなし）
npx drizzle-kit push

スキーマ例

import { pgTable, text, timestamp, uuid, boolean } from "drizzle-orm/pg-core";

export const users = pgTable("users", {
  id: uuid("id").primaryKey().defaultRandom(),
  email: text("email").notNull().unique(),
  name: text("name"),
  isActive: boolean("is_active").notNull().default(true),
  createdAt: timestamp("created_at").notNull().defaultNow(),
  updatedAt: timestamp("updated_at").notNull().defaultNow(),
});

Kysely (TypeScript/Node.js)

ワークフロー（kysely-ctl）

# 設定ファイルを初期化（kysely.config.ts）
kysely init

# 新しいマイグレーションファイルを作成
kysely migrate make add_user_avatar

# 保留中のマイグレーションをすべて適用
kysely migrate latest

# 最後のマイグレーションをロールバック
kysely migrate down

# マイグレーションの状態を表示
kysely migrate list

マイグレーションファイル

// migrations/2024_01_15_001_create_user_profile.ts
import { type Kysely, sql } from 'kysely'

// 重要：常にKysely<any>を使用し、型付きDBインターフェースは使用しないこと。
// マイグレーションは時間的に固定され、現在のスキーマ型に依存してはいけません。
export async function up(db: Kysely<any>): Promise<void> {
  await db.schema
    .createTable('user_profile')
    .addColumn('id', 'serial', (col) => col.primaryKey())
    .addColumn('email', 'varchar(255)', (col) => col.notNull().unique())
    .addColumn('avatar_url', 'text')
    .addColumn('created_at', 'timestamp', (col) =>
      col.defaultTo(sql`now()`).notNull()
    )
    .execute()

  await db.schema
    .createIndex('idx_user_profile_avatar')
    .on('user_profile')
    .column('avatar_url')
    .execute()
}

export async function down(db: Kysely<any>): Promise<void> {
  await db.schema.dropTable('user_profile').execute()
}

プログラムによるマイグレーター

import { Migrator, FileMigrationProvider } from 'kysely'
import { promises as fs } from 'fs'
import * as path from 'path'
// ESMのみ — CJSは__dirnameを直接使用可能
import { fileURLToPath } from 'url'
const migrationFolder = path.join(
  path.dirname(fileURLToPath(import.meta.url)),
  './migrations',
)

// `db` はKysely<any>データベースインスタンス
const migrator = new Migrator({
  db,
  provider: new FileMigrationProvider({
    fs,
    path,
    migrationFolder,
  }),
  // 警告：開発環境でのみ有効にしてください。タイムスタンプ順序の
  // バリデーションを無効にし、環境間でスキーマのずれを引き起こす可能性があります。
  // allowUnorderedMigrations: true,
})

const { error, results } = await migrator.migrateToLatest()

results?.forEach((it) => {
  if (it.status === 'Success') {
    console.log(`migration "${it.migrationName}" executed successfully`)
  } else if (it.status === 'Error') {
    console.error(`failed to execute migration "${it.migrationName}"`)
  }
})

if (error) {
  console.error('migration failed', error)
  process.exit(1)
}

Django (Python)

ワークフロー

# モデル変更からマイグレーションを生成
python manage.py makemigrations

# マイグレーションを適用
python manage.py migrate

# マイグレーションの状態を表示
python manage.py showmigrations

# カスタムSQL用の空のマイグレーションを生成
python manage.py makemigrations --empty app_name -n description

データマイグレーション

from django.db import migrations

def backfill_display_names(apps, schema_editor):
    User = apps.get_model("accounts", "User")
    batch_size = 5000
    users = User.objects.filter(display_name="")
    while users.exists():
        batch = list(users[:batch_size])
        for user in batch:
            user.display_name = user.username
        User.objects.bulk_update(batch, ["display_name"], batch_size=batch_size)

def reverse_backfill(apps, schema_editor):
    pass  # データマイグレーション、逆方向は不要

class Migration(migrations.Migration):
    dependencies = [("accounts", "0015_add_display_name")]

    operations = [
        migrations.RunPython(backfill_display_names, reverse_backfill),
    ]

SeparateDatabaseAndState

データベースからすぐに削除せずに、Djangoモデルからカラムを削除する：

class Migration(migrations.Migration):
    operations = [
        migrations.SeparateDatabaseAndState(
            state_operations=[
                migrations.RemoveField(model_name="user", name="legacy_field"),
            ],
            database_operations=[],  # まだDBに触らない
        ),
    ]

golang-migrate (Go)

ワークフロー

# マイグレーションペアを作成
migrate create -ext sql -dir migrations -seq add_user_avatar

# 保留中のマイグレーションをすべて適用
migrate -path migrations -database "$DATABASE_URL" up

# 最後のマイグレーションをロールバック
migrate -path migrations -database "$DATABASE_URL" down 1

# バージョンを強制（ダーティ状態を修正）
migrate -path migrations -database "$DATABASE_URL" force VERSION

マイグレーションファイル

-- migrations/000003_add_user_avatar.up.sql
ALTER TABLE users ADD COLUMN avatar_url TEXT;
CREATE INDEX CONCURRENTLY idx_users_avatar ON users (avatar_url) WHERE avatar_url IS NOT NULL;

-- migrations/000003_add_user_avatar.down.sql
DROP INDEX IF EXISTS idx_users_avatar;
ALTER TABLE users DROP COLUMN IF EXISTS avatar_url;

ダウンタイムゼロマイグレーション戦略

重要なプロダクション変更の場合、expand-contractパターンに従います：

フェーズ 1: EXPAND（拡張）
  - 新しいカラム/テーブルを追加（NULL許容かデフォルト値あり）
  - デプロイ：アプリは新旧両方に書き込む
  - 既存データをバックフィル

フェーズ 2: MIGRATE（移行）
  - デプロイ：アプリはNEWから読み取り、両方に書き込む
  - データの一貫性を確認

フェーズ 3: CONTRACT（収束）
  - デプロイ：アプリはNEWのみを使用
  - 別のマイグレーションで古いカラム/テーブルを削除

タイムライン例

Day 1: 新しいステータスカラムを追加するマイグレーション（NULL許容）
Day 1: アプリv2をデプロイ — statusとnew_statusの両方に書き込む
Day 2: 既存行のバックフィルマイグレーションを実行
Day 3: アプリv3をデプロイ — new_statusからのみ読み取る
Day 7: 古いstatusカラムを削除するマイグレーション

アンチパターン

アンチパターン	失敗する理由	より良い方法
プロダクションでの手動SQL	監査証跡なし、再現不可能	常にマイグレーションファイルを使用する
デプロイ済みマイグレーションの編集	環境間のずれを引き起こす	代わりに新しいマイグレーションを作成する
デフォルトなしのNOT NULL	テーブルをロックし、全行を再書き込み	NULL許容で追加、バックフィル、次に制約を追加
大規模テーブルへのインラインインデックス	構築中に書き込みをブロック	CREATE INDEX CONCURRENTLY
1つのマイグレーションにスキーマとデータ	ロールバックが困難、長時間トランザクション	マイグレーションを分離
コード削除前にカラムを削除	カラム欠落によるアプリケーションエラー	最初にコードを削除し、次のデプロイでカラムを削除