課題35: PayEasy Step Functionsワークフロー - 決済処理オーケストレーション

難易度: 🟡 中級

分類情報

項目	内容
難易度	中級
カテゴリ	サーバーレス / ワークフロー
処理タイプ	非同期
使用IaC	CDK
想定所要時間	5-6時間

ビジネスシナリオ

企業プロファイル: 〇〇株式会社

項目	内容
企業名	〇〇株式会社（決済代行サービス）
設立	2019年
従業員	80名
本社	東京
事業	EC事業者向け決済代行、サブスクリプション決済
取引額	月間50億円
加盟店	2000社
API	1日500万リクエスト

決済処理の現状

現在の課題

決済フローが複雑化し、コードの可読性が低下
エラー発生時の状態把握が困難
リトライ・補償処理のロジックが複雑
処理時間の長い決済でLambdaタイムアウト発生
監査対応のための処理追跡が困難

目指す姿（Step Functions）

Step Functionsによる改善点:

視覚的なワークフロー管理
組み込みのエラーハンドリング
実行履歴の自動記録
長時間処理のサポート（最大1年）

決済フロー要件

クレジットカード決済フロー

エラーパターンと処理

エラー種別	処理方針	リトライ
カード認証失敗	拒否通知→終了	なし
与信失敗	拒否通知→終了	なし
与信タイムアウト	再試行	3回まで
決済失敗	与信取消→拒否通知	なし
決済タイムアウト	状態確認→判断	確認3回
通知失敗	キュー→再送	5回まで
システムエラー	アラート→手動対応	要確認

ビジネス要件と KPI

パフォーマンス目標

指標	現状	目標	改善
決済完了時間	8秒	3秒	62%↓
決済成功率	97%	99%	2%↑
エラー検知時間	30分	1分	96%↓
障害復旧時間	2時間	15分	87%↓

運用目標

指標	現状	目標	改善
コード行数	5000行	2000行	60%↓
デプロイ時間	30分	5分	83%↓
監査対応工数	20時間/月	2時間/月	90%↓
新機能追加工数	2週間	3日	78%↓

処理量

1日あたり決済件数: 50万件
ピーク時: 1000件/秒
平均決済金額: 5,000円
3Dセキュア対象: 30%

学習目標

習得スキル

主要スキル

1. Step Functions 基礎

Amazon States Language (ASL) 構文
Standard vs Express ワークフロー
各種ステート（Task, Choice, Parallel, Map等）
入出力処理（InputPath, OutputPath, ResultPath）

2. エラーハンドリング

Retry設定（指数バックオフ）
Catch設定（エラー分岐）
補償トランザクション（Saga パターン）
タイムアウト設定

3. 高度なパターン

コールバックパターン（waitForTaskToken）
並列処理（Parallel, Map）
動的並列処理（Distributed Map）
ネストされたワークフロー

4. CDKによるStep Functions構築

StepFunctions Constructs
Lambda統合
他AWSサービス統合
テスト戦略

副次スキル

イベント駆動アーキテクチャ
CloudWatch Logs Insights でのデバッグ
X-Ray による分散トレーシング
コスト最適化

使用するAWSサービス

コアサービス

サービス	用途	重要度
Step Functions	ワークフロー管理	高
Lambda	各処理ステップ実行	高
API Gateway	決済API受付	高
DynamoDB	取引データ保存	高
CDK	インフラ定義	高

支援サービス

サービス	用途	重要度
SQS	非同期通知キュー	中
SNS	通知配信	中
Secrets Manager	認証情報管理	高
CloudWatch	監視・アラート	高
X-Ray	分散トレーシング	中

前提条件と事前準備

必要な環境

bash

# Node.js バージョン確認
node --version
# v18.x 以上

# AWS CDK バージョン確認
cdk --version
# 2.x 以上

# AWS CLI バージョン確認
aws --version
# aws-cli/2.x.x 以上

# TypeScript
npm list typescript

AWS環境の準備

bash

# 環境変数設定
export AWS_REGION=ap-northeast-1
export PROJECT_NAME=payeasy
export ENVIRONMENT=dev

# プロジェクトディレクトリ作成
mkdir -p ~/payeasy-stepfunctions
cd ~/payeasy-stepfunctions

# CDKプロジェクト初期化
cdk init app --language typescript

# 必要なパッケージインストール
npm install @aws-cdk/aws-stepfunctions @aws-cdk/aws-stepfunctions-tasks \
            @aws-cdk/aws-lambda @aws-cdk/aws-lambda-nodejs \
            @aws-cdk/aws-dynamodb @aws-cdk/aws-apigateway \
            @aws-cdk/aws-sqs @aws-cdk/aws-sns @aws-cdk/aws-sns-subscriptions \
            @aws-cdk/aws-secretsmanager @aws-cdk/aws-logs \
            esbuild

IAMポリシー（必要な権限）

json

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "states:*",
        "lambda:*",
        "dynamodb:*",
        "apigateway:*",
        "sqs:*",
        "sns:*",
        "secretsmanager:*",
        "logs:*",
        "xray:*",
        "cloudformation:*",
        "iam:*",
        "s3:*"
      ],
      "Resource": "*"
    }
  ]
}

アーキテクチャ設計

決済ワークフロー全体像

エラー処理フロー:

各ステップで Catch → ErrorHandler → 補償処理/通知
与信失敗 → 拒否通知
決済失敗 → 与信取消 → 拒否通知
通知失敗 → SQS → リトライ

ステートマシン詳細設計

ステート一覧

ステート名	タイプ	説明
ValidateRequest	Task	入力検証・重複チェック
Check3DSRequired	Choice	3DS認証要否判定
Request3DS	Task	3DS認証リクエスト
Wait3DSCallback	Task	コールバック待機
Validate3DSResult	Choice	3DS結果判定
AuthorizePayment	Task	与信確保
CheckAuthResult	Choice	与信結果判定
CapturePayment	Task	売上確定
SendNotifications	Parallel	通知送信（並列）
SaveTransaction	Task	取引記録保存
PaymentSuccess	Succeed	正常終了
HandleAuthFailure	Task	与信失敗処理
HandleCaptureFailure	Task	決済失敗→与信取消
HandleError	Task	汎用エラー処理
PaymentFailed	Fail	異常終了

エラーハンドリング戦略

リトライ対象:

States.TaskFailed (一時的な失敗)
States.Timeout (タイムアウト)
Lambda.ServiceException (サービスエラー)

リトライ設定:

MaxAttempts: 3
IntervalSeconds: 1
BackoffRate: 2.0
MaxDelaySeconds: 10

Catch対象:

AuthorizationError → HandleAuthFailure
CaptureError → HandleCaptureFailure
States.ALL → HandleError

トラブルシューティング演習

演習8-1: タイムアウト問題

状況: 3DS認証で外部サービスからのコールバックがタイムアウトになり、決済が失敗するケースが増加している。

エラー:

States.Timeout: Task timed out after 600 seconds
State: Request3DS
ExecutionArn: arn:aws:states:...:execution:xxx

課題:

タイムアウトの原因を調査してください
適切なタイムアウト設定を検討してください
タイムアウト時のユーザー体験を改善してください

ヒント:

CloudWatch Logs Insights
Step Functions 実行履歴
Heartbeat機能

解決策例

typescript

// ハートビートを使用した改善版
const request3DSWithHeartbeat = new tasks.LambdaInvoke(this, 'Request3DS', {
  lambdaFunction: lambdas.request3DS,
  integrationPattern: sfn.IntegrationPattern.WAIT_FOR_TASK_TOKEN,
  payload: sfn.TaskInput.fromObject({
    'paymentId.$': '$.paymentId',
    'taskToken.$': '$$.Task.Token',
  }),
  // タイムアウト設定
  taskTimeout: sfn.Timeout.duration(cdk.Duration.minutes(10)),
  // ハートビート：30秒ごとに生存確認
  heartbeat: cdk.Duration.seconds(30),
  resultPath: '$.threeDSResult',
});

// Lambda側でハートビートを送信
// lambda/request-3ds/index.ts
import { SFNClient, SendTaskHeartbeatCommand } from '@aws-sdk/client-sfn';

const sfnClient = new SFNClient({});

async function sendHeartbeat(taskToken: string): Promise<void> {
  await sfnClient.send(new SendTaskHeartbeatCommand({ taskToken }));
}

// 外部サービス待機中に定期的にハートビートを送信
const heartbeatInterval = setInterval(async () => {
  try {
    await sendHeartbeat(taskToken);
    console.log('Heartbeat sent successfully');
  } catch (error) {
    console.error('Failed to send heartbeat:', error);
    clearInterval(heartbeatInterval);
  }
}, 25000); // 30秒のハートビートタイムアウトより短く

演習8-2: 補償トランザクション失敗

状況: 決済（売上確定）が失敗し、与信取消（補償）も失敗した。結果として与信枠が確保されたままの状態になっている。

エラーログ:

CapturePayment: Failed - Network timeout
RollbackAuthorization: Failed - Service unavailable

Payment Status: UNKNOWN
Authorization Status: ACTIVE (should be VOIDED)

課題:

二重障害パターンへの対策を設計してください
未解決トランザクションの検出・解決方法を実装してください
運用対応フローを策定してください

解決策例

typescript

// 補償トランザクションの堅牢化
const rollbackWithRetry = new sfn.Parallel(this, 'RobustRollback', {
  resultPath: '$.rollbackResult',
})
.branch(
  // メイン：即座にロールバック試行
  new tasks.LambdaInvoke(this, 'ImmediateRollback', {
    lambdaFunction: lambdas.rollbackAuthorization,
  })
  .addRetry({
    errors: ['States.ALL'],
    interval: cdk.Duration.seconds(5),
    maxAttempts: 5,
    backoffRate: 2,
  })
)
.addCatch(
  // フォールバック：SQSに保存して後で処理
  new sfn.Chain(this, 'RollbackFallback')
    .next(new tasks.SqsSendMessage(this, 'QueueFailedRollback', {
      queue: rollbackDLQ,
      messageBody: sfn.TaskInput.fromObject({
        'paymentId.$': '$.paymentId',
        'authorizationCode.$': '$.authorizationCode',
        'error.$': '$.error',
        'timestamp.$': '$$.State.EnteredTime',
      }),
    }))
    .next(new tasks.SnsPublish(this, 'AlertRollbackFailure', {
      topic: alertTopic,
      message: sfn.TaskInput.fromObject({
        'alert': 'CRITICAL: Rollback failed',
        'paymentId.$': '$.paymentId',
        'requiresManualIntervention': true,
      }),
    })),
  { errors: ['States.ALL'] }
);

// 未解決トランザクション検出用のスケジュール実行
// EventBridge -> Step Functions
const reconciliationWorkflow = new sfn.StateMachine(this, 'ReconciliationWorkflow', {
  definitionBody: sfn.DefinitionBody.fromChainable(
    new tasks.LambdaInvoke(this, 'FindStaleAuthorizations', {
      lambdaFunction: findStaleAuthLambda,
    })
    .next(new sfn.Map(this, 'ProcessEachStale', {
      itemsPath: '$.staleAuthorizations',
      maxConcurrency: 5,
    })
    .itemProcessor(
      new tasks.LambdaInvoke(this, 'ResolveStaleAuth', {
        lambdaFunction: resolveStaleAuthLambda,
      })
    ))
  ),
});

演習8-3: 高負荷時のスロットリング

状況: セール期間中にAPI呼び出しが急増し、Step Functionsのスロットリングが発生している。

メトリクス:

ExecutionsStarted: 10,000/sec (limit: 2,000)
ThrottledEvents: 8,000
API Gateway 429 errors: 急増

課題:

スロットリングの原因を特定してください
Standard vs Express ワークフローの使い分けを検討
バッファリング戦略を実装してください

設計課題

設計課題9-1: サブスクリプション決済ワークフロー

課題: 月額課金のサブスクリプション決済を自動化するワークフローを設計してください。

要件:

毎月指定日に自動課金
決済失敗時は3回までリトライ（1日、3日、7日後）
3回失敗でサブスクリプション一時停止
顧客への事前通知・失敗通知
管理者への日次レポート

成果物:

ワークフロー設計図（ASL形式）
リトライ戦略の詳細設計
通知テンプレート

設計課題9-2: マルチテナント決済基盤

課題: 複数の加盟店（テナント）がそれぞれ独自のワークフローを設定できる決済基盤を設計してください。

要件:

テナントごとに異なる決済フロー（3DS有無、審査有無等）
テナントごとのAPI制限（レートリミット）
テナント間のデータ分離
共通コンポーネントの再利用

成果物:

マルチテナントアーキテクチャ図
テナント設定管理の設計
動的ワークフロー生成の仕組み

発展課題

発展課題10-1: Express Workflowへの移行

シナリオ: 決済処理の大部分（3DS不要の小額決済）をExpress Workflowに移行してコスト削減したい。

技術要件:

Standard/Expressの使い分け判断
Express Workflow用の設計変更
同期実行APIの設計
ログ・監視の設計

成果物:

Standard/Express振り分けロジック
Express Workflow用CDKコード
コスト比較分析

発展課題10-2: 分散トレーシングの実装

シナリオ: 決済処理全体のレイテンシボトルネックを特定し、パフォーマンスを改善したい。

技術要件:

X-Rayによるエンドツーエンドトレーシング
カスタムサブセグメントの追加
サービスマップの構築
パフォーマンス分析ダッシュボード

成果物:

X-Ray設定のCDKコード
カスタムアノテーション設計
パフォーマンス分析レポート

学習のまとめ

学習チェックリスト

Step Functions基礎:

Standard/Expressワークフローの違いを説明できる
ASL（Amazon States Language）を読み書きできる
各種ステートタイプの使い分けができる
入出力処理（Path系）を理解した

エラーハンドリング:

Retry設定を適切に設計できる
Catch設定でエラー分岐を実装できる
補償トランザクション（Saga）を設計できる
タイムアウト戦略を説明できる

高度なパターン:

コールバックパターン（waitForTaskToken）を実装できる
Parallel/Mapステートを使い分けられる
ネストされたワークフローを設計できる
動的並列処理を実装できる

CDK実装:

CDKでStep Functionsを構築できる
Lambda統合を実装できる
API Gateway統合を実装できる
テスト戦略を確立した

運用:

CloudWatch Logsでデバッグできる
実行履歴を分析できる
アラートを設定できる
コスト最適化の観点で設計できる

Step Functions ベストプラクティス

設計原則:

単一責任の原則
- 各ステートは1つの責務のみ
- Lambdaは小さく保つ
冪等性の確保
- 同じ入力で同じ結果
- リトライ安全な設計
失敗を前提とした設計
- すべてのタスクにCatch設定
- 適切なリトライ戦略
- 補償トランザクションの準備

アンチパターン:

長時間実行のLambda（15分以上の処理）
大きなペイロード（256KB超）
リトライなしのタスク
無限ループの可能性があるChoice
Catch なしのワークフロー

コスト見積もり

想定コスト（月額）

開発環境

項目	数量	月額（USD）
Step Functions Standard	1,000実行	$0.025
Lambda	10,000呼出	$0.002
API Gateway	1,000リクエスト	$0.004
DynamoDB	On-Demand	$1.00
CloudWatch Logs	1GB	$0.50
小計		約 $2

本番環境想定（50万決済/日）

項目	数量	月額（USD）
Step Functions Standard	15M状態遷移	$375
Lambda	100M呼出	$200
API Gateway	15Mリクエスト	$53
DynamoDB	On-Demand	$150
SQS	10M メッセージ	$4
CloudWatch Logs	100GB	$50
X-Ray	トレース	$25
小計		約 $857（約 ¥128,000）

コスト最適化のポイント

小額決済はExpress Workflow（1/10のコスト）
Lambda ARM64アーキテクチャ（20%削減）
CloudWatch Logs保持期間の最適化
不要なトレースの削減

リソースのクリーンアップ

bash

# CDKスタック削除
cdk destroy PayEasyStack-dev

# 確認
aws cloudformation list-stacks \
  --query "StackSummaries[?StackName=='PayEasyStack-dev'].StackStatus"

# 手動で残ったリソースがないか確認
aws stepfunctions list-state-machines \
  --query "stateMachines[?contains(name, 'payeasy')]"

aws lambda list-functions \
  --query "Functions[?contains(FunctionName, 'payeasy')]"

echo "Cleanup completed!"

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課題35: PayEasy Step Functionsワークフロー - 決済処理オーケストレーション ​

分類情報 ​

ビジネスシナリオ ​

企業プロファイル: 〇〇株式会社 ​

決済処理の現状 ​

現在の課題 ​

目指す姿（Step Functions） ​

決済フロー要件 ​

クレジットカード決済フロー ​

エラーパターンと処理 ​

ビジネス要件と KPI ​

パフォーマンス目標 ​

運用目標 ​

処理量 ​

学習目標 ​

習得スキル ​

主要スキル ​

副次スキル ​

使用するAWSサービス ​

コアサービス ​

支援サービス ​

前提条件と事前準備 ​

必要な環境 ​

AWS環境の準備 ​

IAMポリシー（必要な権限） ​

アーキテクチャ設計 ​

決済ワークフロー全体像 ​

ステートマシン詳細設計 ​

ステート一覧 ​

エラーハンドリング戦略 ​

トラブルシューティング演習 ​

演習8-1: タイムアウト問題 ​

演習8-2: 補償トランザクション失敗 ​

演習8-3: 高負荷時のスロットリング ​

設計課題 ​

設計課題9-1: サブスクリプション決済ワークフロー ​

設計課題9-2: マルチテナント決済基盤 ​

発展課題 ​

発展課題10-1: Express Workflowへの移行 ​

発展課題10-2: 分散トレーシングの実装 ​

学習のまとめ ​

学習チェックリスト ​

Step Functions ベストプラクティス ​

コスト見積もり ​

想定コスト（月額） ​

開発環境 ​

本番環境想定（50万決済/日） ​

コスト最適化のポイント ​

リソースのクリーンアップ ​

課題35: PayEasy Step Functionsワークフロー - 決済処理オーケストレーション

分類情報

ビジネスシナリオ

企業プロファイル: 〇〇株式会社

決済処理の現状

現在の課題

目指す姿（Step Functions）

決済フロー要件

クレジットカード決済フロー

エラーパターンと処理

ビジネス要件と KPI

パフォーマンス目標

運用目標

処理量

学習目標

習得スキル

主要スキル

副次スキル

使用するAWSサービス

コアサービス

支援サービス

前提条件と事前準備

必要な環境

AWS環境の準備

IAMポリシー（必要な権限）

アーキテクチャ設計

決済ワークフロー全体像

ステートマシン詳細設計

ステート一覧

エラーハンドリング戦略

トラブルシューティング演習

演習8-1: タイムアウト問題

演習8-2: 補償トランザクション失敗

演習8-3: 高負荷時のスロットリング

設計課題

設計課題9-1: サブスクリプション決済ワークフロー

設計課題9-2: マルチテナント決済基盤

発展課題

発展課題10-1: Express Workflowへの移行

発展課題10-2: 分散トレーシングの実装

学習のまとめ

学習チェックリスト

Step Functions ベストプラクティス

コスト見積もり

想定コスト（月額）

開発環境

本番環境想定（50万決済/日）

コスト最適化のポイント

リソースのクリーンアップ