# ベースイメージの指定
FROM node:20-alpine
 
# 作業ディレクトリの設定
WORKDIR /app
 
# 依存関係ファイルのコピー
COPY package.json package-lock.json ./
 
# 依存関係のインストール
RUN npm ci --only=production
 
# アプリケーションコードのコピー
COPY . .
 
# ポートの公開（ドキュメント用）
EXPOSE 3000
 
# コンテナ起動時のコマンド
CMD ["node", "server.js"]

# イメージのビルド
docker build -t my-app:v1.0.0 .
 
# -t: タグ名を指定
# . : ビルドコンテキスト（現在のディレクトリ）
 
# ビルドしたイメージで実行
docker run -d -p 3000:3000 my-app:v1.0.0
 
# ビルド時にビルド引数を渡す
docker build --build-arg NODE_ENV=production -t my-app:v1.0.0 .
 
# Dockerfile のパスを明示的に指定
docker build -f docker/Dockerfile.production -t my-app:prod .
 
# ビルドの進捗を詳細に表示（BuildKit）
DOCKER_BUILDKIT=1 docker build --progress=plain -t my-app:v1.0.0 .
 
# ビルドキャッシュを使わずにフルビルド
docker build --no-cache -t my-app:v1.0.0 .
 
# 特定のステージまでビルド（マルチステージ用）
docker build --target builder -t my-app-builder .

# 公式イメージを使用
FROM ubuntu:22.04
 
# Alpine ベース（軽量）
FROM node:20-alpine
 
# Distroless（最小構成）
FROM gcr.io/distroless/static-debian12
 
# scratch（空のベース、Goバイナリ等に）
FROM scratch
 
# 特定のダイジェストで固定（完全な再現性）
FROM node:20-alpine@sha256:abc123def456...
 
# ビルドステージに名前を付ける（マルチステージ用）
FROM node:20-alpine AS builder
 
# ビルド引数でベースイメージを動的に指定
ARG BASE_IMAGE=node:20-alpine
FROM ${BASE_IMAGE}

# シェル形式（/bin/sh -c で実行）
RUN apt-get update && apt-get install -y curl
 
# exec 形式（シェルを介さない）
RUN ["apt-get", "update"]
 
# 複数コマンドを1つのRUNにまとめる（レイヤー削減）
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y --no-install-recommends \
        curl \
        ca-certificates \
        git && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*
 
# Alpine の場合
RUN apk add --no-cache curl git
 
# BuildKit: キャッシュマウント（パッケージキャッシュの再利用）
RUN --mount=type=cache,target=/var/cache/apt \
    --mount=type=cache,target=/var/lib/apt \
    apt-get update && apt-get install -y --no-install-recommends curl
 
# BuildKit: シークレットマウント（認証情報をレイヤーに残さない）
RUN --mount=type=secret,id=npmrc,target=/root/.npmrc \
    npm ci
 
# BuildKit: バインドマウント（一時的なファイル参照）
RUN --mount=type=bind,source=scripts/setup.sh,target=/tmp/setup.sh \
    bash /tmp/setup.sh
 
# heredoc 構文（BuildKit、Docker 1.5+）
RUN <<EOF
apt-get update
apt-get install -y curl git
rm -rf /var/lib/apt/lists/*
EOF

# Debian / Ubuntu の場合
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y --no-install-recommends \
        # ネットワークツール
        curl \
        wget \
        ca-certificates \
        # ビルドツール（必要な場合のみ）
        gcc \
        make \
        # ランタイム依存
        libpq5 && \
    # キャッシュの削除（レイヤーサイズ削減）
    rm -rf /var/lib/apt/lists/* && \
    # APT キャッシュの削除
    apt-get clean
 
# Alpine の場合
RUN apk add --no-cache \
        curl \
        wget \
        ca-certificates \
        # ビルド依存は --virtual でグループ化
    && apk add --no-cache --virtual .build-deps \
        gcc \
        musl-dev \
        python3-dev \
    # ビルド後にまとめて削除
    && pip install --no-cache-dir -r requirements.txt \
    && apk del .build-deps

# 基本的なファイルコピー（推奨）
COPY package.json /app/
COPY src/ /app/src/
 
# ワイルドカード
COPY *.json /app/
 
# --chown でオーナーを指定
COPY --chown=node:node . /app/
 
# --chmod でパーミッションを指定 (BuildKit)
COPY --chmod=755 entrypoint.sh /usr/local/bin/
 
# --link でレイヤーを独立化（並列ビルド高速化、BuildKit）
COPY --link package.json /app/
 
# ADD - URL からダウンロード（非推奨、curl + RUN を使うべき）
ADD https://example.com/file.tar.gz /tmp/
 
# ADD - tar の自動展開
ADD archive.tar.gz /app/
# -> /app/ に展開される
 
# 基本的に COPY を使い、tar 展開が必要な場合のみ ADD を使う

# 作業ディレクトリの設定
WORKDIR /app
 
# 存在しない場合は自動的に作成される
WORKDIR /app/src/components
 
# 相対パスも可能（前の WORKDIR からの相対）
WORKDIR /app
WORKDIR src     # -> /app/src
WORKDIR tests   # -> /app/src/tests
 
# 環境変数を使用
ENV APP_HOME=/opt/myapp
WORKDIR $APP_HOME

# CMD のみ（最も一般的）
CMD ["node", "server.js"]
 
# docker run my-app           -> node server.js
# docker run my-app bash      -> bash (CMD が上書きされる)
 
# ENTRYPOINT + CMD（推奨パターン）
ENTRYPOINT ["python"]
CMD ["app.py"]
 
# docker run my-app           -> python app.py
# docker run my-app test.py   -> python test.py
 
# ENTRYPOINT のみ（引数必須）
ENTRYPOINT ["curl"]
 
# docker run my-app https://example.com -> curl https://example.com
 
# シェル形式（非推奨 - シグナルが正しく伝わらない）
CMD node server.js
# -> /bin/sh -c "node server.js" として実行される

# entrypoint スクリプトを使用するパターン
COPY docker-entrypoint.sh /usr/local/bin/
RUN chmod +x /usr/local/bin/docker-entrypoint.sh
 
ENTRYPOINT ["docker-entrypoint.sh"]
CMD ["server"]

#!/bin/sh
# docker-entrypoint.sh
set -e
 
# 初期化処理
echo "Starting application..."
echo "Environment: ${APP_ENV:-development}"
 
# データベースマイグレーション（必要に応じて）
if [ "$RUN_MIGRATIONS" = "true" ]; then
    echo "Running database migrations..."
    python manage.py migrate
fi
 
# 引数に応じた処理分岐
case "$1" in
    server)
        echo "Starting web server..."
        exec gunicorn --bind 0.0.0.0:8000 app:app
        ;;
    worker)
        echo "Starting background worker..."
        exec celery -A tasks worker
        ;;
    shell)
        exec /bin/sh
        ;;
    *)
        # 引数をそのまま実行
        exec "$@"
        ;;
esac

# 使用例
docker run my-app                    # -> gunicorn 起動（デフォルト: server）
docker run my-app worker             # -> celery worker 起動
docker run my-app shell              # -> シェル起動
docker run my-app python script.py   # -> python script.py 実行

# ENV - 環境変数（ビルド時 + 実行時に有効）
ENV NODE_ENV=production
ENV APP_PORT=3000
 
# 複数の環境変数を1行で（レガシー構文）
ENV NODE_ENV=production APP_PORT=3000
 
# 後の命令で環境変数を参照
ENV APP_HOME=/app
WORKDIR $APP_HOME
COPY . $APP_HOME
 
# 環境変数の上書き（docker run 時）
# docker run -e NODE_ENV=development my-app

# ARG - ビルド時変数（実行時には残らない）
ARG NODE_VERSION=20
FROM node:${NODE_VERSION}-alpine
 
# FROM 後に再度宣言が必要（FROM でスコープがリセットされる）
ARG BUILD_DATE
ARG VCS_REF
 
LABEL build-date=${BUILD_DATE}
LABEL vcs-ref=${VCS_REF}
 
# docker build \
#   --build-arg BUILD_DATE=$(date -u +%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ) \
#   --build-arg VCS_REF=$(git rev-parse --short HEAD) \
#   .
 
# ARG のデフォルト値と上書き
ARG APP_ENV=production
RUN echo "Building for ${APP_ENV}"
# docker build --build-arg APP_ENV=staging .

# EXPOSE - ポートのドキュメント（実際のポート公開は -p で行う）
EXPOSE 3000
EXPOSE 8080/tcp
EXPOSE 53/udp
 
# 複数ポートの公開
EXPOSE 80 443

# LABEL - メタデータ
LABEL maintainer="team@example.com"
LABEL version="1.0.0"
LABEL description="My application"
 
# OCI Image Spec 準拠のラベル
LABEL org.opencontainers.image.title="My App"
LABEL org.opencontainers.image.version="1.0.0"
LABEL org.opencontainers.image.authors="team@example.com"
LABEL org.opencontainers.image.source="https://github.com/org/repo"
LABEL org.opencontainers.image.licenses="MIT"
 
# 複数ラベルを1つの LABEL 命令で
LABEL \
    org.opencontainers.image.title="My App" \
    org.opencontainers.image.version="1.0.0" \
    org.opencontainers.image.authors="team@example.com"

# non-root ユーザーの作成（Alpine）
RUN addgroup -S appgroup && adduser -S appuser -G appgroup
 
# non-root ユーザーの作成（Debian/Ubuntu）
RUN groupadd -r appgroup && useradd --no-log-init -r -g appgroup appuser
 
# ユーザーの切り替え
USER appuser
 
# UID/GID での指定
USER 1001:1001
 
# node イメージの場合（node ユーザーが事前定義されている）
USER node

# HTTP エンドポイントでのヘルスチェック
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=5s --retries=3 --start-period=10s \
    CMD curl -f http://localhost:3000/health || exit 1
 
# wget を使用（Alpine の場合、curl がない場合）
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=5s --retries=3 \
    CMD wget --no-verbose --tries=1 --spider http://localhost:3000/health || exit 1
 
# カスタムヘルスチェックスクリプト
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=10s --retries=3 --start-period=60s \
    CMD /usr/local/bin/healthcheck.sh || exit 1
 
# ヘルスチェックを無効化（ベースイメージで設定されている場合）
HEALTHCHECK NONE

# VOLUME - ボリュームマウントポイント
VOLUME ["/data", "/logs"]
 
# 単一ボリューム
VOLUME /var/lib/postgresql/data
 
# 注意: VOLUME 命令で宣言されたパスは、それ以降の
# Dockerfile 命令でファイルを変更しても反映されない場合がある

# SHELL - デフォルトシェルの変更
SHELL ["/bin/bash", "-c"]
 
# PowerShell（Windows コンテナ）
SHELL ["powershell", "-Command"]
RUN Get-ChildItem
 
# bash 特有の機能を使う場合
SHELL ["/bin/bash", "-o", "pipefail", "-c"]
RUN curl -fsSL https://example.com/script.sh | bash

# デフォルトは SIGTERM
STOPSIGNAL SIGTERM
 
# SIGQUIT を使う場合（nginx のグレースフルシャットダウン）
STOPSIGNAL SIGQUIT
 
# 数値でも指定可能
STOPSIGNAL 9  # SIGKILL

# キャッシュを使ったビルド（デフォルト）
docker build -t my-app .
 
# キャッシュを無視して完全リビルド
docker build --no-cache -t my-app .
 
# 特定のステージまでビルド
docker build --target builder -t my-app-builder .
 
# BuildKit でキャッシュの詳細を表示
DOCKER_BUILDKIT=1 docker build --progress=plain -t my-app .
 
# 外部キャッシュソースの利用
docker build --cache-from my-app:latest -t my-app:v2.0.0 .
 
# BuildKit インラインキャッシュ（レジストリにキャッシュ情報を埋め込む）
docker build --build-arg BUILDKIT_INLINE_CACHE=1 -t my-app:latest .
docker push my-app:latest
# 次回ビルド時にキャッシュとして利用
docker build --cache-from my-app:latest -t my-app:v2.0.0 .

# .dockerignore ファイルの例
 
# バージョン管理
.git
.gitignore
.gitattributes
 
# 依存関係（コンテナ内で再インストールするため）
node_modules
vendor
__pycache__
*.pyc
 
# ビルド成果物
dist
build
coverage
.next
 
# 環境設定・機密情報
.env
.env.*
*.pem
*.key
credentials.json
 
# Docker 関連（二重コピーを避ける）
Dockerfile
Dockerfile.*
docker-compose*.yml
.dockerignore
 
# IDE / エディタ
.vscode
.idea
*.swp
*.swo
*~
 
# ドキュメント
README.md
LICENSE
CHANGELOG.md
docs/
 
# テスト
tests/
test/
__tests__
*.test.js
*.spec.js
.nyc_output
jest.config.js
 
# CI/CD
.github
.gitlab-ci.yml
.circleci
Makefile
 
# OS 生成ファイル
.DS_Store
Thumbs.db

# ビルドコンテキストのサイズ確認
docker build -t my-app . 2>&1 | grep "Sending build context"
# Sending build context to Docker daemon  2.048kB  <- 小さいほど良い
 
# .dockerignore なしの場合
# Sending build context to Docker daemon  500MB  <- node_modules 等が含まれている
 
# .dockerignore のテスト（何が送信されるか確認）
# BuildKit の場合、不要なファイルはそもそも送信されない

# Git リポジトリを直接ビルド
docker build https://github.com/user/repo.git#main
 
# 特定のディレクトリを指定
docker build https://github.com/user/repo.git#main:docker
 
# tar アーカイブからビルド
docker build - < archive.tar.gz
 
# stdin からの Dockerfile でビルド（コンテキストなし）
echo "FROM alpine" | docker build -t test -
 
# stdin からの Dockerfile + ローカルコンテキスト
docker build -f - . <<EOF
FROM alpine
COPY . /app
EOF

FROM node:20-alpine
 
# セキュリティ: non-root ユーザー
RUN addgroup -S app && adduser -S app -G app
 
# tini（PID 1 問題の解決）
RUN apk add --no-cache tini
 
WORKDIR /app
 
# 依存関係を先にコピー（キャッシュ効率化）
COPY package.json package-lock.json ./
RUN npm ci --only=production && npm cache clean --force
 
# アプリケーションコードをコピー
COPY --chown=app:app . .
 
USER app
 
EXPOSE 3000
 
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=5s --retries=3 \
    CMD wget --no-verbose --tries=1 --spider http://localhost:3000/health || exit 1
 
ENTRYPOINT ["tini", "--"]
CMD ["node", "server.js"]

FROM python:3.12-slim
 
ENV PYTHONDONTWRITEBYTECODE=1
ENV PYTHONUNBUFFERED=1
 
WORKDIR /app
 
# システム依存関係
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y --no-install-recommends gcc libpq-dev && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*
 
# Python 依存関係
COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt
 
# アプリケーションコード
COPY . .
 
# non-root ユーザー
RUN useradd --create-home appuser
USER appuser
 
EXPOSE 5000
 
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=5s --retries=3 \
    CMD python -c "import urllib.request; urllib.request.urlopen('http://localhost:5000/health')" || exit 1
 
CMD ["gunicorn", "--bind", "0.0.0.0:5000", "--workers", "4", "app:app"]

FROM golang:1.22-alpine AS builder
 
RUN apk add --no-cache ca-certificates tzdata
RUN adduser -D -g '' appuser
 
WORKDIR /app
 
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download
 
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -ldflags="-w -s" -o /server ./cmd/server
 
# 最小の実行環境
FROM scratch
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo /usr/share/zoneinfo
COPY --from=builder /etc/passwd /etc/passwd
COPY --from=builder /server /server
USER appuser
EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["/server"]

FROM nginx:alpine
 
# カスタム設定
COPY nginx.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf
 
# 静的ファイル
COPY dist/ /usr/share/nginx/html/
 
# セキュリティヘッダー用の追加設定
COPY security-headers.conf /etc/nginx/conf.d/security-headers.conf
 
EXPOSE 80
 
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=5s \
    CMD wget --no-verbose --tries=1 --spider http://localhost/ || exit 1

FROM postgres:16-alpine
 
# 初期化スクリプトのコピー
COPY init-scripts/ /docker-entrypoint-initdb.d/
 
# カスタム entrypoint
COPY entrypoint.sh /usr/local/bin/
RUN chmod +x /usr/local/bin/entrypoint.sh
 
ENTRYPOINT ["entrypoint.sh"]
CMD ["postgres"]

#!/bin/sh
# entrypoint.sh
set -e
 
# 環境に応じた前処理
echo "Starting with environment: $APP_ENV"
 
# 元のエントリポイントに処理を委譲
exec docker-entrypoint.sh "$@"

FROM ruby:3.3-slim
 
ENV RAILS_ENV=production \
    RAILS_LOG_TO_STDOUT=true \
    BUNDLE_WITHOUT=development:test
 
WORKDIR /app
 
# システム依存関係
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y --no-install-recommends \
        build-essential \
        libpq-dev \
        nodejs \
        yarn && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*
 
# Gem 依存関係
COPY Gemfile Gemfile.lock ./
RUN bundle install --jobs 4 --retry 3
 
# アセットプリコンパイル
COPY . .
RUN bundle exec rails assets:precompile
 
# non-root ユーザー
RUN useradd --create-home --shell /bin/bash rails
USER rails
 
EXPOSE 3000
 
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=5s --retries=3 \
    CMD curl -f http://localhost:3000/health || exit 1
 
CMD ["bundle", "exec", "puma", "-C", "config/puma.rb"]

FROM rust:1.75-alpine AS builder
 
RUN apk add --no-cache musl-dev
 
WORKDIR /app
COPY Cargo.toml Cargo.lock ./
 
# ダミーの main.rs で依存関係のみビルド（キャッシュ用）
RUN mkdir src && echo "fn main() {}" > src/main.rs
RUN cargo build --release
RUN rm -rf src
 
# 実際のソースコードでビルド
COPY src ./src
RUN touch src/main.rs && cargo build --release
 
FROM scratch
COPY --from=builder /app/target/release/myapp /myapp
EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["/myapp"]

# syntax=docker/dockerfile:1
# 最新の Dockerfile パーサーを使用
 
FROM node:20-alpine
WORKDIR /app
COPY . .
CMD ["node", "server.js"]

# syntax=docker/dockerfile:1
 
# 複数行のスクリプトを読みやすく記述
RUN <<EOF
apt-get update
apt-get install -y --no-install-recommends \
    curl \
    git \
    ca-certificates
rm -rf /var/lib/apt/lists/*
EOF
 
# ファイル生成
COPY <<EOF /etc/nginx/conf.d/default.conf
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://app:3000;
    }
}
EOF
 
# 複数ファイル同時生成
COPY <<nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf
user nginx;
worker_processes auto;
nginx.conf
 
COPY <<app.conf /etc/nginx/conf.d/app.conf
server {
    listen 80;
    root /usr/share/nginx/html;
}
app.conf

# キャッシュマウント（ビルド間でキャッシュを再利用）
RUN --mount=type=cache,target=/root/.npm \
    npm ci
 
RUN --mount=type=cache,target=/root/.cache/pip \
    pip install -r requirements.txt
 
RUN --mount=type=cache,target=/go/pkg/mod \
    --mount=type=cache,target=/root/.cache/go-build \
    go build -o /app .
 
# シークレットマウント（イメージに残らない）
RUN --mount=type=secret,id=aws_credentials,target=/root/.aws/credentials \
    aws s3 cp s3://bucket/file /app/
 
# SSH マウント（SSH キーを使ったプライベートリポジトリアクセス）
RUN --mount=type=ssh \
    git clone git@github.com:private/repo.git
 
# バインドマウント（ビルドコンテキスト外のファイルを参照）
RUN --mount=type=bind,from=builder,source=/app/dist,target=/dist \
    cp -r /dist /usr/share/nginx/html/

# NG: ソースコードを先にコピー
FROM node:20-alpine
WORKDIR /app
COPY . .                        # <- ソース変更で全レイヤーが再ビルド
RUN npm ci --only=production    # <- 毎回 npm install が走る
CMD ["node", "server.js"]
 
# OK: 変更頻度の低いものから先にコピー
FROM node:20-alpine
WORKDIR /app
COPY package.json package-lock.json ./  # <- 変更少ない
RUN npm ci --only=production            # <- キャッシュが効く
COPY . .                                # <- ソース変更はここだけ再ビルド
CMD ["node", "server.js"]

# NG: 各コマンドを別の RUN にする
FROM ubuntu:22.04
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y curl
RUN apt-get install -y git
RUN apt-get install -y vim
RUN rm -rf /var/lib/apt/lists/*
# -> 5つのレイヤーが作成される
# -> apt-get update のキャッシュが古くなる可能性
 
# OK: 1つの RUN にまとめる
FROM ubuntu:22.04
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y --no-install-recommends \
        curl \
        git \
        vim && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*
# -> 1つのレイヤーで完結
# -> update と install が同じレイヤーで実行される

# NG: root のまま実行
FROM node:20-alpine
WORKDIR /app
COPY . .
RUN npm ci
CMD ["node", "server.js"]
# -> コンテナ内で root 権限で動作（セキュリティリスク）
 
# OK: non-root ユーザーを作成して切り替え
FROM node:20-alpine
RUN addgroup -S app && adduser -S app -G app
WORKDIR /app
COPY --chown=app:app . .
RUN npm ci
USER app
CMD ["node", "server.js"]

# NG: .dockerignore なし
FROM node:20-alpine
WORKDIR /app
COPY . .    # <- node_modules, .git, .env, テスト等が全て含まれる
            # -> ビルドコンテキストが巨大になる
            # -> 機密情報がイメージに含まれる
 
# OK: .dockerignore で不要ファイルを除外
# .dockerignore:
# node_modules
# .git
# .env
# tests/
# coverage/

# NG: 環境変数にパスワードを直接記載
FROM node:20-alpine
ENV DATABASE_PASSWORD=supersecret123
# -> docker inspect で確認可能
# -> イメージの全レイヤーに残る
 
# OK: 実行時に環境変数を渡す
FROM node:20-alpine
# docker run -e DATABASE_PASSWORD=supersecret123 my-app
# または docker-compose.yml の env_file で管理

# 演習1: 基本実装のテンプレート
class Exercise1:
    """基本的な実装パターンの演習"""
 
    def __init__(self):
        self.data = []
 
    def validate_input(self, value):
        """入力値の検証"""
        if value is None:
            raise ValueError("入力値がNoneです")
        return True
 
    def process(self, value):
        """データ処理のメインロジック"""
        self.validate_input(value)
        self.data.append(value)
        return self.data
 
    def get_results(self):
        """処理結果の取得"""
        return {
            'count': len(self.data),
            'data': self.data
        }
 
# テスト
def test_exercise1():
    ex = Exercise1()
    assert ex.process(1) == [1]
    assert ex.process(2) == [1, 2]
    assert ex.get_results()['count'] == 2
 
    try:
        ex.process(None)
        assert False, "例外が発生するべき"
    except ValueError:
        pass
 
    print("全テスト合格!")
 
test_exercise1()

# 演習2: 応用パターン
from typing import List, Dict, Optional
from datetime import datetime
 
class AdvancedExercise:
    """応用パターンの演習"""
 
    def __init__(self, max_size: int = 100):
        self._items: List[Dict] = []
        self._max_size = max_size
        self._created_at = datetime.now()
 
    def add(self, key: str, value: any) -> bool:
        """アイテムの追加（サイズ制限付き）"""
        if len(self._items) >= self._max_size:
            return False
        self._items.append({
            'key': key,
            'value': value,
            'timestamp': datetime.now().isoformat()
        })
        return True
 
    def find(self, key: str) -> Optional[Dict]:
        """キーによる検索"""
        for item in reversed(self._items):
            if item['key'] == key:
                return item
        return None
 
    def remove(self, key: str) -> bool:
        """キーによる削除"""
        for i, item in enumerate(self._items):
            if item['key'] == key:
                self._items.pop(i)
                return True
        return False
 
    def stats(self) -> Dict:
        """統計情報"""
        return {
            'total_items': len(self._items),
            'max_size': self._max_size,
            'usage_percent': len(self._items) / self._max_size * 100,
            'uptime': str(datetime.now() - self._created_at)
        }
 
# テスト
def test_advanced():
    ex = AdvancedExercise(max_size=3)
    assert ex.add("a", 1) == True
    assert ex.add("b", 2) == True
    assert ex.add("c", 3) == True
    assert ex.add("d", 4) == False  # サイズ制限
    assert ex.find("b")['value'] == 2
    assert ex.remove("b") == True
    assert ex.find("b") is None
    stats = ex.stats()
    assert stats['total_items'] == 2
    print("応用テスト全合格!")
 
test_advanced()

# 演習3: パフォーマンス最適化
import time
from functools import lru_cache
 
# 最適化前（O(n^2)）
def slow_search(data: list, target: int) -> int:
    """非効率な検索"""
    for i in range(len(data)):
        for j in range(i + 1, len(data)):
            if data[i] + data[j] == target:
                return (i, j)
    return (-1, -1)
 
# 最適化後（O(n)）
def fast_search(data: list, target: int) -> tuple:
    """ハッシュマップを使った効率的な検索"""
    seen = {}
    for i, num in enumerate(data):
        complement = target - num
        if complement in seen:
            return (seen[complement], i)
        seen[num] = i
    return (-1, -1)
 
# ベンチマーク
def benchmark():
    import random
    data = list(range(5000))
    random.shuffle(data)
    target = data[100] + data[4000]
 
    start = time.time()
    result1 = slow_search(data, target)
    slow_time = time.time() - start
 
    start = time.time()
    result2 = fast_search(data, target)
    fast_time = time.time() - start
 
    print(f"非効率版: {slow_time:.4f}秒")
    print(f"効率版:   {fast_time:.6f}秒")
    print(f"高速化率: {slow_time/fast_time:.0f}倍")
 
benchmark()

# デバッグ用ユーティリティ
import logging
import traceback
from functools import wraps
 
# ロガーの設定
logging.basicConfig(
    level=logging.DEBUG,
    format='%(asctime)s [%(levelname)s] %(name)s: %(message)s'
)
logger = logging.getLogger(__name__)
 
def debug_decorator(func):
    """関数の入出力をログ出力するデコレータ"""
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logger.debug(f"呼び出し: {func.__name__}(args={args}, kwargs={kwargs})")
        try:
            result = func(*args, **kwargs)
            logger.debug(f"戻り値: {func.__name__} -> {result}")
            return result
        except Exception as e:
            logger.error(f"例外発生: {func.__name__}: {e}")
            logger.error(traceback.format_exc())
            raise
    return wrapper
 
@debug_decorator
def process_data(items):
    """データ処理（デバッグ対象）"""
    if not items:
        raise ValueError("空のデータ")
    return [item * 2 for item in items]

# 設計判断の記録テンプレート
class ArchitectureDecisionRecord:
    """ADR (Architecture Decision Record) の作成"""
 
    def __init__(self, title: str):
        self.title = title
        self.context = ""
        self.decision = ""
        self.consequences = []
        self.alternatives = []
 
    def set_context(self, context: str):
        """背景と課題の記述"""
        self.context = context
        return self
 
    def set_decision(self, decision: str):
        """決定内容の記述"""
        self.decision = decision
        return self
 
    def add_consequence(self, consequence: str, positive: bool = True):
        """結果の追加"""
        self.consequences.append({
            'description': consequence,
            'type': 'positive' if positive else 'negative'
        })
        return self
 
    def add_alternative(self, name: str, reason_rejected: str):
        """却下した代替案の追加"""
        self.alternatives.append({
            'name': name,
            'reason_rejected': reason_rejected
        })
        return self
 
    def to_markdown(self) -> str:
        """Markdown形式で出力"""
        md = f"# ADR: {self.title}\n\n"
        md += f"## 背景\n{self.context}\n\n"
        md += f"## 決定\n{self.decision}\n\n"
        md += "## 結果\n"
        for c in self.consequences:
            icon = "✅" if c['type'] == 'positive' else "⚠️"
            md += f"- {icon} {c['description']}\n"
        md += "\n## 却下した代替案\n"
        for a in self.alternatives:
            md += f"- **{a['name']}**: {a['reason_rejected']}\n"
        return md