圧縮アルゴリズム比較: gzip・Deflate・Brotli・Zstdの実用性と進化

はじめに

Webページの高速化には圧縮が欠かせません。サーバーからクライアントへ送るデータ量を減らすことで、ネットワーク帯域を節約しレスポンスを向上できます。実際、2024年時点で約88.6%のサイトが何らかの圧縮を利用しており、HTTP圧縮はほぼ標準と言えるでしょう。特にgzipやDeflateは長年デフォルトの圧縮方式として使われてきましたが、近年ではBrotliやZstd(Zstandard)といった新しいアルゴリズムも登場し注目を集めています。この記事では、主にこれら4つの圧縮アルゴリズムに焦点を当て、それぞれの仕組みや性能、Webでの対応状況、実装上の違い、現状の利用状況、そして将来の展望について比較・解説します。カジュアルな文体でまとめていますが、内容は技術的に正確に、実用面にフォーカスしています。圧縮アルゴリズムの使い分け方針やベストプラクティスについても触れますので、Web開発者の皆さんの参考になれば幸いです。

圧縮アルゴリズムの概要

まずは各圧縮アルゴリズムの基本的な概要と仕組みを見てみましょう。圧縮アルゴリズムにはさまざまな種類がありますが、共通するのは「データ中の繰り返しパターンを検出し、より短い符号で置き換えることでサイズを縮小する」という考え方です。それぞれのアルゴリズムで圧縮率（どれだけ小さくなるか）と圧縮/展開速度（どれだけ速く処理できるか）のトレードオフが異なります。以下では、代表的なgzip・Deflate、Brotli、Zstdの特徴をざっくり押さえ、その後にその他のアルゴリズムも簡単に紹介します。

gzipとDeflate – 古参の標準アルゴリズム

gzipは1992年に登場した古典的な圧縮方式で、現在でもWebで最も広く使われている「老舗」の圧縮アルゴリズムです。gzip自体は圧縮アルゴリズム名であると同時に圧縮フォーマット名（.gz形式）でもあります。内部ではDeflate圧縮アルゴリズムが使われており、これはLZ77（Lempel-Ziv 1977）とハフマン符号化を組み合わせた手法です。LZ77でデータ中の繰り返し部分（文字列など）を検出して参照し、ハフマン符号でエンコードすることで効率よく圧縮します。Deflateアルゴリズム自体はHTTP圧縮だけでなくZIPファイルやPNG画像などにも使われている基本技術です。

gzip/Deflateの特徴は処理が軽量で速いことです。圧縮率は後発のアルゴリズムほど高くはありませんが、それでもテキストでは元のサイズの30～40%程度に圧縮できる（圧縮率約3:1）ことが多く、十分実用的です。またデコード（展開）速度が非常に速く、クライアント側のCPU負荷が低い点も長所です。gzip圧縮はすべてのブラウザ・サーバー・CDNでデフォルト対応しており互換性は抜群です。現在ほとんどのWebサイトでまず有効にされているのがこのgzip圧縮でしょう。

一方、Deflateはgzipとほぼ同じ圧縮アルゴリズムを指しますが、HTTPの文脈では少し注意があります。HTTPヘッダのContent-Encoding: deflateは、厳密には生のDeflateデータ（zlibヘッダなし）を意味します。しかし実装間の相違で問題が起きた歴史があり、現在では多少圧縮効率が落ちてもContent-Encoding: gzip（gzipヘッダ付き）を使うのが一般的です。実際ほとんどのサーバー設定やCDNでは、Deflate単体よりgzipを優先して用いています。まとめると、gzip = Deflateアルゴリズム + ヘッダと考えてよく、今日では「gzip圧縮」と言えばDeflate方式の圧縮全般を指すことが多いでしょう。

Brotli – テキスト圧縮の現代チャンピオン

Brotliは2015年にGoogleがWeb向けに公開した比較的新しい圧縮アルゴリズムです。もともとはWebフォント（WOFF2）の圧縮のために開発されましたが、HTTP圧縮用に汎用化されて標準化されました。Brotliの仕組みも基本はLZ77とハフマン符号ですが、2次圧縮のコンテキストモデルを導入するなどフォーマット/アルゴリズム上の改良が多数加えられています。さらに一般的な圧縮アルゴリズムと異なり、あらかじめ組み込まれた静的辞書を持つ点が大きな特徴です。約120KBの辞書にHTMLやテキストで頻出する13,000語以上の単語やフレーズが収録されており、これによってWebコンテンツに特によく見られる文字列（例えばhttps://やよく使う英単語など）を効率よく圧縮できます。

Brotliは圧縮率に関しては現行トップクラスで、従来のgzipよりも明らかに高い圧縮効果を発揮します。具体的には、テキスト系ファイルではgzipより15～25%程度小さくできることが多く、Googleは「Deflateとほぼ同じ圧縮・解凍速度のまま20%高い圧縮率を実現できる」とも述べています。特に静的なJavaScriptやCSS、HTMLなどでは顕著に効果が出ます。一方で、高い圧縮率を発揮するレベル（Brotliには圧縮レベル0～11があります）では圧縮に時間がかかる点には注意が必要です。最大圧縮のレベル11ではgzipよりかなり重くなるため動的コンテンツのオンザフライ圧縮には不向きですが、中程度のレベル5前後であればgzip並みの速度でより高い圧縮率が得られます。実際、Apacheのmod_brotliはデフォルト品質5、NGINXのbrotliモジュールはデフォルト6とされ、これら中程度の設定がバランスが良いと考えられています。

クライアント（ブラウザ）側の対応も現在では良好です。Brotliは2016年前後に主要ブラウザでサポートされ始め、ChromeやFirefox、Edge、Safariなどすべてのモダンブラウザが“br”エンコーディングに対応しています。古いIEなど一部例外を除けば、今やブラウザ側の対応率は96%以上とされています。そのため、サーバーやCDNでもBrotli圧縮を有効化するケースが増えており、2024年時点で約45.5%のWebサイトがBrotli圧縮を利用しています。特にHTTP/2やHTTPS環境下で効力を発揮し（かつてChromeは互換性問題からHTTPS接続時のみBrotliを許可していました）、CSS・JSファイルの伝送最適化に大いに貢献しています。総じてBrotliは「テキスト圧縮の現代チャンピオン」であり、対応環境であれば積極的に使いたいアルゴリズムです。

Zstd (Zstandard) – 次世代の高速圧縮

Zstd (Zstandard)は2015年にFacebook（開発者Yann Collet氏）によって設計され、2016年にオープンソース公開された新世代の圧縮アルゴリズムです。名前の「Standard」に現れている通り、「次世代の標準圧縮」を目指して開発されました。設計の目標はgzip並みの圧縮率を保ちつつ、圧縮・解凍を格段に高速化することにあります。そのため内部構造はDeflate系と似ていますが、いくつか重要な違いがあります。

まず、Zstdはモダンなハードウェアを前提に最適化されています。Deflate（zlib）は1990年代の32KBという限られたメモリ環境を前提としてスライディングウィンドウを32KBに制限していましたが、Zstdではそのような厳しい制約を設けず、理論上はテラバイト級のウィンドウまで扱えます（実際には圧縮レベルが低ければ数MB程度の利用にとどまります）。低レベル圧縮時で約1MB程度のメモリバッファを活用し、大量のデータ中から重複パターンを効率良く見つけられる柔軟性があります。また、Zstdは並列処理や分岐予測の最適化などCPUの機能を最大限に活用する設計です。例えばZstdのエンコーダ/デコーダ実装では分岐（if文など）を極力排除したブランチレス設計を採用し、複数の処理をパイプライン的に並行実行してCPUパイプラインの無駄を減らしています。さらに、繰り返し出現するデータパターンを効率よく圧縮するrepcodeモデルや、Zstd独自のエントロピー符号化（高速なハフマン/FSE）を用いることで、高速化と高圧縮を両立しています。

Zstdの性能面での特徴は、圧縮スピードが非常に速いことと、解凍もまた非常に速いことです。低い圧縮レベル（1～3あたり）では1コアで毎秒数百MBものデータを圧縮できるほどで、従来のgzipやBrotliより桁違いに速くリアルタイム圧縮が可能です。また圧縮効率もレベル設定によって大きく調整でき、最大レベルではBrotliに匹敵するかそれ以上の圧縮率を達成することもできます（もっとも最大レベルでは圧縮速度はかなり低下します）。驚くべきはデータ展開の速さで、Zstdのデコード速度はBrotliやgzipよりも速いとされています。実際「ZstdのデコードはBrotliの2～3倍、gzipよりも高速」という報告もあり、大容量データの伝送やサーバ間通信など高スループットが必要な場面に適しています。

元々Zstdはファイル圧縮やストレージ、データベース等で普及しはじめ、LinuxカーネルやGit、各種DBで採用されるなど活躍してきました。Web分野ではしばらくブラウザの対応がありませんでしたが、2024年3月にChrome（Chromium系ブラウザ）とFirefoxがZstd圧縮に対応し、一部で利用が始まっています。例えばFacebookやInstagram、WhatsAppなどのMeta社の主要サービスでは、対応するChromeブラウザに対して試験的にZstd圧縮コンテンツを配信していたことが確認されています。Netflixも一部でZstdを試用していたようです。CDNではCloudflareが2024年8月にエンドユーザ向けのZstdサポートを発表し、Brotliより42%速く、gzipより11.3%高い圧縮効率をユーザに提供できるとアピールしました。実際Cloudflareのテストでは「Brotliとほぼ同じサイズまでデータを圧縮するのに要する時間が約半分になった」という結果が出ています。これは特に動的コンテンツの圧縮でTTFB短縮に有効であり、「次世代のウェブ圧縮」として期待されています。

現時点（2025年）では、ZstdはChrome系やFirefoxでサポート済みですがSafariでは未対応であり、ウェブ全体で見ると対応ブラウザは限定的です。ただしSafariも今後対応する可能性があり、業界標準策定も進められています。Zstdは「高圧縮 & 高速」のバランスが優秀なアルゴリズムとして、今後ブラウザサポートが十分に整えばWeb圧縮の新たなデファクトになる可能性があります。

その他の注目すべき圧縮アルゴリズム

BrotliやZstd以外にも、用途に応じて注目すべき圧縮アルゴリズムはいくつか存在します。Webコンテンツ圧縮として直接使われることは少ないですが、バックエンドや特殊用途で広く使われているものを簡単に紹介します。

• LZ4：LZ4は2011年に公開されたアルゴリズムで、とにかく圧倒的な速さを追求しているのが特徴です。圧縮処理は1コアで毎秒400～500MB以上とも言われ、リアルタイム性が求められるストリーミング処理や高速ネットワーク転送でよく利用されます。圧縮率は高くなく（データにもよりますが圧縮後サイズは元の50～70%程度、圧縮率1.5:1～2:1くらい）、圧縮効率を犠牲にして速度を最大化した設計です。それでもデータを多少なりとも圧縮できれば帯域節約につながる場面では重宝され、例えば一部のゲーム通信やキャッシュシステム、カラムナデータベース、分散ログなどで使われています。LZ4のデコードも非常に高速で、膨大なデータを即座に展開可能です。

• Snappy：SnappyはGoogleが開発した高速圧縮アルゴリズムで、LZ4と同様に高速・低圧縮率のグループに属します。圧縮率はLZ4と近いかやや劣る程度ですが、テキストやJSONなどに対して元サイズの30～50%圧縮（1.5:1～2:1）くらいは期待できます。圧縮スピードはLZ4と同等か若干遅い程度、逆にデコードはSnappyの方が若干速いという比較もあります。総じてSnappyも「圧縮はするけどサイズ削減よりCPU使用量低減を重視」という割り切ったアルゴリズムです。主に大規模分散システムやデータベース（Google Bigtable、Cassandra、Kafkaなど）でデータ転送のオーバーヘッドを減らすために使われており、Webブラウザ向けのコンテンツ圧縮には通常使われません。

• LZMA：LZMAは7-Zipの開発者であるイーゴリ・パブロフ氏が作ったアルゴリズムで、非常に高い圧縮率で知られます。gzipやBrotliよりさらに圧縮率が高く、テキストや実行ファイルなどを極限まで小さくできます。その代わり圧縮・解凍速度は遅く、メモリ使用量も大きいのが難点です。具体的には、圧縮率はBrotliに僅差で勝る程度ですが、圧縮にかかる時間は桁違いに長く（場合によってはBrotliより10倍以上遅い）、解凍速度も遅めです。そのためWebのオンライン圧縮には不向きで、主にファイルアーカイブ（.7zや.xz形式など）やソフトウェア配布（Linuxのパッケージ圧縮など**）に使われます。Brotliは「LZMAに0.6%差まで迫る圧縮率を実現し、デコード速度は3～5倍速い」とも評価されており、LZMAはあくまでオフライン用途のアルゴリズムと言えるでしょう。

• その他：歴史的に有名なものとしてbzip2（バロースホイーラー変換＋ハフマン、1990年代後半）やcompress（LZW、1980年代、特許問題で廃れた）などがありますが、現代ではあまり使われません。特殊用途では、動画や画像のための非可逆圧縮を組み合わせた仕組み（例えば特定のWebP圧縮をさらにDeflateで包む等）や、差分更新のためのSDCH（Shared Dictionary Compression, 過去にChromeで実験）などもありました。しかし一般的なWebテキスト圧縮においては、上述したアルゴリズム群でほぼカバーできるでしょう。

圧縮率・速度・リソース消費の比較

では、それぞれのアルゴリズムの性能を比較してみましょう。圧縮アルゴリズム選択の主な評価軸は、圧縮率（どれだけサイズを削減できるか）、圧縮速度（圧縮処理にかかる時間）、展開速度（クライアントでの解凍処理時間）、そして**リソース消費（CPU負荷・メモリ使用量）**です。以下の表に、主要アルゴリズムの一般的な傾向をまとめます（あくまで目安であり、データ内容や圧縮レベル設定により変動します）。

※1: gzipの圧縮率はテキストで概ね3:1～4:1（元サイズの25～35%）程度です。※2: Brotliはレベルによって大きく異なり、高圧縮レベルでは極端に遅くなります。低～中レベル（~5程度）ではgzipより少し遅い程度です。※3: Zstdの圧縮率はレベルにより可変です。低レベルではgzip相当、高レベルではBrotliに迫ります。

上記の比較から、各アルゴリズムの特性をまとめると次のようになります。

• 圧縮率: BrotliとLZMAが非常に高い圧縮率を誇り、テキストを大幅に小さくできます。ZstdもBrotliに匹敵する圧縮率を発揮し得ますが、Brotli最高レベルには僅かに及ばない場合もあります。Deflate(gzip)は中程度の圧縮率で、最新のものに比べるとやや劣ります。LZ4やSnappyは圧縮率が低く、ファイルサイズ削減効果は限定的です（10～30%程度の削減に留まることも）。代わりに処理時間を大幅短縮できる点に注目すべきです。

• 圧縮速度: ZstdとLZ4、Snappyといったモダン/高速系アルゴリズムは圧縮が非常に速いです。特にZstdは低い圧縮レベルであればgzipの何倍ものスループットを出せます。gzip(Deflate)も速い部類ですが、これら高速志向アルゴリズムほどではありません。Brotliはレベルに依存しますが、一般にgzipより遅めで、高圧縮設定ではかなり時間を要します。LZMAは群を抜いて遅く、リアルタイム圧縮には向きません。

• 展開速度: クライアント側での解凍の速さも重要です。gzipのデコードは極めて高速で、CPUへの負担はごく小さいです。Zstdのデコード速度も非常に速く、gzipに匹敵するかそれ以上とも言われます。Brotliのデコードはgzipよりは重めですが、それでも十分高速であり、通常のPCやスマホでボトルネックになることはあまりありません。ただ、超高速なZstdやLZ4などと比べるとBrotli展開はワンテンポ遅れる可能性があります。LZ4やSnappyはデコードも爆速です。LZMAのデコードはやはり遅めですが、バックグラウンド処理なら許容される場面もあります。

• メモリ使用量: これは主にエンコーダ（サーバー側）で圧縮時に使用するワークスペースと、デコーダ（クライアント側）で必要な履歴バッファなどに現れます。Deflateは古い設計ゆえウィンドウサイズが32KB固定で、非常に少ないメモリで動作します。Brotliは仕様上最大16MiBのウィンドウを持ち（モバイル対応のためそれ以上は切り捨て）、圧縮効率向上のために数MBオーダーのメモリを使います。Zstdはメモリと圧縮率をトレードオフ可能で、低レベル圧縮では約0.4～1MB程度、より高圧縮にすると数MB～数十MBまで使う設定もあり得ます。デコード側は一般にウィンドウサイズと同程度のメモリを確保する必要があります。LZ4やSnappyはメモリフットプリントも小さく、軽量に動作します。LZMAは非常に大きな辞書（例えばデフォルトで数十MB、最大で数百MB）を使うことが多く、メモリリソースを大量に消費します。

以上を踏まえると、gzip(Deflate)は「圧縮率以外は優秀なバランス型」、Brotliは「静的圧縮で真価を発揮する高圧縮型」、Zstdは「新世代の高速高圧縮型（動的圧縮向き）」、LZ4/Snappyは「速度最優先の特殊用途型」、LZMAは「最高圧縮だが実時間には不向き」と位置付けられます。それぞれ強みが異なるため、場面によって使い分けることで最適な結果を得られるでしょう。

Webでの対応状況（ブラウザサポート・CDN・HTTP圧縮）

Web開発者にとって重要なのは、「それぞれの圧縮が実際にブラウザやサーバーで使えるか」です。いくら圧縮率が高くても、クライアントが対応していなければ宝の持ち腐れですし、逆にクライアントが受け入れてもサーバ側が生成できなければ意味がありません。ここでは各アルゴリズムのブラウザ対応状況と、サーバー/CDNでのサポートについて整理します。

• gzip/Deflate: すべてのブラウザが標準対応しています。HTTPのAccept-Encodingヘッダではほぼ必ずgzip（とdeflate）が含まれており、サーバーもほぼ無条件でgzip圧縮応答を返せます。古いHTTP/1.0時代から使われているため、プロキシやツール類の互換性も高いです。実際、大手CDNやWebサーバーソフト（Apache、NGINX、IISなど）はデフォルトでgzip圧縮をオンにしていることが多く、特別な設定なしにgzipが利用されるケースもあります。Deflateに関しても仕様上サポートされていますが、前述のとおり実装差異の問題から実務上はほとんど使われていません。古いライブラリや一部の言語組み込み関数でdeflate(raw)を返す場合がありますが、ブラウザでの混乱を避けるため避けるのが無難でしょう。基本的に「Webではgzip一択」と考えて差し支えありません。

• Brotli: 2016年以降、主要なモダンブラウザ（Chrome 50+, Firefox 44+, Safari 11+, Edge 15+など）が次々と対応しました。現在ではChrome/Firefox/Safari/Edge/Operaのすべての現行バージョンが“br”エンコーディングをサポートしています。ただしInternet Explorer（最新版でもIE11）はBrotli非対応であり、古いAndroidブラウザや一部組み込みブラウザでも非対応の場合があります。とはいえ、IE11自体が非推奨となりつつある現在では、対応状況は非常に良好と言えるでしょう。サーバー側では、Apacheは2.4.26以降に標準モジュールとしてmod_brotliを搭載し、NGINXも公式にはオプションモジュールとしてGoogle提供のngx_brotliを利用可能です。NGINXの場合は自分でモジュールをビルドして組み込む必要がありますが、多くのディストリやクラウドサービスで組み込まれています。CDNでもBrotliサポートが一般的になりました。例えばCloudflareは2017年から対応を開始し、2023年にはすべてのゾーンでBrotliをデフォルト有効にすると発表しています。AWS CloudFrontも2020年よりエッジでのBrotli動的圧縮に対応しました。その他FastlyやAkamaiなど大手CDNも静的ファイルの事前Brotli配信や動的Brotli圧縮機能を提供しています。ブラウザとの交渉は自動で行われ、Brotli非対応のクライアントには自動でgzipにフォールバックするため、対応しているならサーバ側は積極的にBrotliを提供すべきと言えます。

• Zstd: ブラウザ対応はようやく始まったばかりです。Chromiumプロジェクトは2022年頃から実装を進め、Chrome 115（2023年7月頃リリース）でデフォルト有効化されたと報告されています。Firefoxもバージョン102以降で対応（Nightlyビルドでは2024年初頭に有効化）し、2024年3月の時点で両ブラウザがZstdをサポートする段階に至りました。しかしAppleのSafariはまだZstd非対応です。Safari Technology Preview版でも現時点サポートは確認されておらず、WebKitの今後の実装待ちとなっています。したがって2025年現在、主要ブラウザでZstdコンテンツを受け取れるのはChrome系とFirefox系のみとなります。利用シェア的には約ブラウザ全体の3分の2程度でしょうか。Accept-Encodingヘッダにzstdが含まれるかどうかで対応可否を判断できます。サーバー側では、Zstdは標準モジュール化されていないものの、NGINX用のサードパーティ実装（例えばngx_http_zstd_module）が存在し有志パッケージも提供されています。Cloudflareは独自実装でいち早くZstd圧縮配信を実現し、2024年にはすべてのユーザに提供開始しました。AkamaiもZstd実験を進めているとの情報があります。とはいえブラウザ未対応のSafariが一定数いる現状では、Zstd単独で配信するのは早計です。Cloudflareのように「対応ブラウザにはZstd、それ以外にはBrotli/gzip」といった柔軟な配信が必要になります。今後Safariや他の環境が追随すれば、一気に普及が進む可能性があります。

• その他アルゴリズム: LZ4やSnappy、LZMA、bzip2などはブラウザのContent-Encodingとしてはサポートされていません。したがって、例えばAccept-Encoding: lz4のような交渉は行えません。WebSocketやカスタムプロトコル上で独自にLZ4圧縮データをやり取りすることは可能ですが、HTTPレイヤーの標準機能としては使えない点に注意してください（かつてSDCHという辞書圧縮方式がChrome独自拡張として存在しましたが、現在は廃止されています）。将来的に他のアルゴリズムが標準化される可能性もゼロではありませんが、当面はgzip, br, zstdの三択になる見込みです。

実装面での違い (メモリ使用量・CPU負荷など)

前述したように、各アルゴリズムは要求するリソース量や実装上の特性が異なります。ここではサーバーサイドでそれらを扱う際のポイントを補足します。

CPU負荷と圧縮レベル

圧縮処理はCPUにとって比較的重い作業です。特に高い圧縮率を目指すアルゴリズムほど計算量が多くなりがちです。gzipは比較的軽量で、レベルを最大9にしても現代のCPUなら大きな負荷にはなりません。一方Brotliはレベルを上げると急激にCPUコストが増大し、レベル11では非現実的な時間がかかることもあります。Brotli圧縮をリアルタイムに行う場合、動的コンテンツならレベル4～6程度までに抑えるのが一般的です。Zstdは低レベルで非常に高速なので、動的コンテンツ圧縮に向いています。例えばZstdレベル1はgzipより圧縮が速く、しかもサイズもgzipより小さいという優れた特性があります。そのためCPU負荷をあまり増やさずに圧縮率を上げたい場合、Zstdは有力な選択肢です。Zstdも高レベルでは圧縮に時間がかかりますが、Brotliほど極端には遅くなりません（レベル15前後でBrotli9相当の圧縮率という報告があります）。いずれにせよ、動的圧縮では圧縮レベルのチューニングが重要です。サイト全体で一律の設定しかできない場合、最高効率を狙うより「少しでも速くレスポンスを返す」ことを優先すべきでしょう。

またCPUマルチコアの活用も考慮に入ります。標準的なHTTPサーバー（NGINX等）はリクエストごとにシングルスレッドで圧縮処理を行いますが、ZstdやBrotliライブラリ自体はマルチスレッド対応のAPIも提供しています。大きなファイルを圧縮する場合やオフラインバッチ圧縮では、複数スレッドを使って圧縮を高速化することも可能です。例えばZstdはブロック分割しての並列圧縮機能を持ち、効果的にコア数を活用できます。もっとも、動的圧縮でリクエスト単位にスレッドを立てるのはオーバーヘッドが大きいため一般的ではありません。現実的には「Webサーバープロセス自体がマルチプロセス（マルチコア対応）なので、各リクエストが別CPUで並行圧縮され結果的に並列になる」という形でスケールさせるのが普通です。

メモリ使用量と圧縮バッファ

前述の通り、Deflateはごく小さな履歴バッファ（32KB）で動作するため、圧縮・展開ともメモリフットプリントは無視できるほどです。一方Brotliは最大16MBのウィンドウサイズを持ち、コンテキストモデルや大きなハッシュテーブルなどを使うため、圧縮時には数MB～十数MBのメモリを消費します。解凍時にも同程度のメモリが必要ですが、16MB程度であれば現代のPCやスマホのRAMから見れば大きな問題にはなりません。Zstdはデフォルト設定では数百KB～1MB程度の辞書やテーブルで動作しますが、圧縮レベルを上げるとウィンドウサイズや検索範囲が拡大し、10MB以上を使うケースもあります。幸いZstdデコーダは、エンコーダ側が大きなウィンドウを使った場合でもバッファを動的確保する実装になっており、扱えるなら確保し、無理ならエラーにするだけなので安全です（極端に古い・小メモリ環境でなければ問題になりにくいです）。

サーバー実装上は、「1リクエストあたり数MBの作業メモリを使う可能性がある」と認識しておく必要があります。大量の同時圧縮が発生すると、その分メモリを消費します。例えば100並列のリクエストがそれぞれBrotli圧縮中で5MBずつ消費したら計500MBとなります。通常はそこまで大きく膨れませんが、高トラフィックサイトでは留意すべき点です。CDNやプロキシでは、一度解凍してから別形式で再圧縮する処理も行われるため（例えばCloudflareは受け取ったBrotliを解凍し、一部機能適用後にgzipで圧縮し直す等をしていました）、バックエンドでは圧縮・展開の組み合わせでCPUとRAMを消費することもあります。

圧縮形式の組み合わせと事前圧縮

事前圧縮(pre-compression)とは、静的ファイルをあらかじめ圧縮して保存し、リクエスト時に即座に圧縮済みデータを返す手法です。Brotliやgzipはどちらも事前圧縮が可能ですが、特にBrotliは静的圧縮との相性が良いです。例えば.jsや.cssファイルをビルド時にBrotliレベル11で圧縮して.brファイルを用意しておけば、NGINXはgzip_static onの要領でbrotli_static onを使ってそのファイルを直接配信できます。これによりリクエスト処理時のCPU負荷をゼロにでき、かつ最大圧縮の小さいサイズを送れるため理想的です。実装としては、ApacheやNGINX、Caddyなど主要サーバーで対応しています。一方、動的コンテンツには事前圧縮が適用できないため、リアルタイム圧縮が必要です。その場合、前述の通り圧縮レベルの調整やサーバー性能との相談になります。Zstdが普及すれば、「動的コンテンツにはZstd、静的コンテンツにはオフラインBrotli」という使い分けも考えられます。Cloudflareのテストでは、動的HTMLにおいてBrotliとZstdはいずれも低圧縮レベルならgzipより速く圧縮できるとの結果が報告されています。Facebookなどは実際に、HTMLはZstdレベル1、静的JSはBrotliレベル11プリコンプ、といったように使い分けをしているようです。複数の圧縮方式を組み合わせる場合、Vary: Accept-Encodingヘッダの処理やキャッシュキーの分離（CDN上でgzip版とbrotli版を別オブジェクトとしてキャッシュする設定）なども必要になりますが、大抵のCDNは適切に処理してくれます。

セキュリティとその他注意点

圧縮アルゴリズム自体にもセキュリティ上の考慮があります。Deflate系アルゴリズムは歴史が長い分、圧縮処理中のバッファオーバーフロー脆弱性などが過去に報告されたこともあります。そのため実装ライブラリのアップデートは怠らないようにしましょう。BrotliやZstdは比較的新しく、現時点で大きな脆弱性情報は聞きませんが、今後もウォッチが必要です。またCRIME/BREACH攻撃のように、圧縮そのものが機微情報の漏洩リスクを高めるケースもあります（圧縮後サイズから秘密情報を推測される脅威）。HTTPS時代でも完全になくなったわけではないので、特に動的ページでユーザ入力データを圧縮送信する場合は注意してください。場合によっては特定ページでは圧縮無効化（Nginxのno-compress設定など）も検討に値します。

現在の利用状況と採用例

ここまで技術的な比較をしてきましたが、実際に現場で各圧縮がどの程度使われているかも気になるところでしょう。Web全体の統計では前述のようにgzipとBrotliが二大勢力で、W3Techsの調査によれば2024年時点で全サイトの約57%がgzip、45%がBrotliを使用しています（重複含む）｡未だ約11%は圧縮未対応とのことで、これは主に小規模サイトや古いサイトでしょう。大規模サイトを見ると、ほとんどは何かしら圧縮を導入しています。

主要サイトやサービスの例:

• GoogleやYouTubeなどのサービスは早くからBrotliサポートを導入し、現在は静的リソースの配信にBrotliを積極利用しています（もちろんユーザ環境によってgzipフォールバックもあります）。Chromeブラウザ自体を提供するGoogleは、Brotli普及を主導した立場でもあります。
• Facebook (Meta)社の各サービス（Facebook, Instagram, WhatsApp 等）は2023年頃からZstd圧縮を試験導入しています。ChromeブラウザでFacebookを開くと、HTMLや一部の大きなJSファイルがcontent-encoding: zstdで送られてくる場合があります。これらはFacebook側が独自に判断したもので、例えば2MB超の大きなJSはZstdで圧縮され、小さめのHTMLはgzipのまま、といった使い分けがなされているようです。Meta社は自社でZstd開発に関わった経緯もあり、今後もZstd活用を進めるでしょう。
• NetflixもZstd採用のテストを行ったと報じられています。大容量動画のメタデータやAPI通信など、速度向上が直接UX向上につながる部分で効果を検証しているようです。現状Netflix利用時には多くがgzip圧縮ですが、一部Zstd応答が確認されています。
• AmazonやMicrosoftなども、自社クラウドやCDNサービスを通じてBrotli圧縮をサポートしています。AWS CloudFrontではレスポンス圧縮を有効にするとAccept-Encodingに応じて自動でgzip/Brotliを選択し、エッジサーバーで静的圧縮を行ってくれます。Azure Front Doorも2019年からBrotliを実装済みです。現時点でZstdに公式対応しているクラウドCDNはありませんが、Cloudflareの追従や顧客需要次第で今後追加される可能性があります。
• 一般のWebサイト（ブログや中小企業サイトなど）では、レンタルサーバーやホスティング環境に依存します。多くのLAMPスタックではApacheのmod_deflate（gzip）が標準で有効化されています。また最近のホスティングではApacheがmod_brotliもONにしている例が増えました。NGINX採用の場合、デフォルトではgzipのみですが、ngx_brotliを組み込んで提供するホストもあります。WordPress系ではプラグインで圧縮を制御したり、KinstaのようなマネージドサービスはサーバーレベルでBrotliサポートを打ち出したりもしています。
• モバイルアプリやAPI通信では、クライアント側実装次第ですが最近はモバイルアプリもBrotliデコードに対応しているケースが見られます（iOS/Android標準のHTTPライブラリが対応してきているため）。たとえばTwitterやInstagramのアプリAPI通信がBrotli圧縮されていたという話もあります。IoTデバイスや特殊ブラウザでは引き続きgzipが無難ですが、対応可能な環境では徐々にBrotli/Zstdが広がっている印象です。

以上のように、現在もっとも利用されているのは依然としてgzipですが、Brotliがそれに迫り、特定大手はさらにZstdを実験導入中という状況です。特に静的ファイル配信ではBrotliがデファクトになりつつあり、今後Zstdが動的圧縮の分野で追随するか注目されます。

将来的な展望と進化の方向性

最後に、圧縮アルゴリズムの今後の進化や展望について考えてみます。既にBrotliやZstdといった優秀なアルゴリズムが登場し普及しつつありますが、さらにその先はあるのでしょうか？

Zstdの標準化と普及: まず直近ではZstdがHTTP圧縮の新しい選択肢として標準化され、広く普及するかがポイントです。2024年現在、ZstdはIETFのドラフト標準（Content-Encodingトークンの登録など）として議論されています。ChromeとFirefoxが対応したことで一気に流れが来ており、Cloudflareも「新たなウェブ圧縮技術として注視している」と述べています。Safariの対応が実現すれば主要ブラウザが出揃うため、一気に利用が進むでしょう。ただしSafari次第では思ったほど広まらず、当面Brotliとgzipの併用が続く可能性もあります。筆者の予想では、あと数年以内にSafariも対応し、2020年代後半にはZstdが動的コンテンツ圧縮の主役になるのではないかと見ています。とはいえgzipを完全に置き換えるには長い年月がかかるでしょう（2016年に登場したBrotliでさえ旧ブラウザのためにgzipを残している状況です）。

Brotliの改良: Brotli自体は仕様策定後それほど大きな変更はありませんが、共有辞書の活用という新たな発想が検討されています。Brotliには静的辞書がありますが、さらに「サイトごとの専用辞書」を用意して圧縮効率を高めようという提案です。例えばあるWebサイトで頻出する固有名詞やフレーズを含む辞書を事前に定義し、クライアントとサーバーがそれを共有できれば、重複部分をさらに強力に圧縮できます。これを実現するWICGの新しいプロポーサルがあり、Cloudflareも研究に参加予定とのことです。もし実現すれば、初回アクセス時に辞書をダウンロードすることで以降の通信を一層圧縮できるようになるかもしれません。これはBrotliに限らずZstdなどでも応用可能な概念で、今後のウェブ圧縮の発展形として注目されています。

ハードウェア最適化と新アルゴリズム: さらに先を見れば、圧縮アルゴリズムは常にハードウェア性能と表裏一体です。現在主流のアルゴリズムは汎用CPU上でのソフトウェア実装ですが、今後特定の圧縮処理をアクセラレーションする専用命令セットやハードウェア支援が進めば、それに合わせた新アルゴリズムが登場する可能性があります。例えばIntelのISA-Lライブラリには高速なDeflate実装が含まれており、CPUのSIMD機能を活用してzlibより数倍速い圧縮が可能です。また、将来的に量子計算機やAIを用いた圧縮（例えばコンテンツを予測生成することで圧縮率を上げるなど）が研究されるかもしれませんが、実用化はまだ先でしょう。

用途特化の圧縮: Web全体ではなく特定用途に目を向けると、たとえばWebAssemblyバイナリ専用の辞書圧縮や、JSON/API応答向けの構造認識圧縮など、より対象を絞った圧縮の工夫も考えられます。実データの性質を利用することで、汎用アルゴリズム以上の効率を発揮できる可能性があります。もっとも、それらが標準HTTP圧縮に組み込まれるかというとハードルは高いでしょう。通常は、汎用性の高い圧縮アルゴリズムを選んでおけば十分で、あまり特殊なものに飛びつく必要はありません。

総合すると、当面の進化の軸は「Zstdの普及」と「辞書などによる既存アルゴリズム強化」にありそうです。BrotliとZstdという二大新世代アルゴリズムが登場したことで、しばらくはこれらをどう活用するかがテーマとなり、新規アルゴリズムの登場は頻度が下がるかもしれません。とはいえ、Web技術は常に進歩しますので、5年後10年後には今回比較したものとはまた違う圧縮方式が話題になっている可能性もあります。

圧縮方式の使い分けとベストプラクティス

最後に、実際のWeb開発でこれら圧縮方式をどう使い分けるかについてまとめます。ポイントはコンテンツの種類や配信形態、クライアント環境に応じてベストな方法を選ぶことです。

• 基本方針: 現状、すべての環境での互換性を重視するならgzipが確実です。したがって、まずgzip圧縮は必ず有効にしましょう。その上で、可能であればBrotli圧縮も併用して、対応ブラウザにはBrotliで配信するのが望ましいです。多くのサーバー/CDNはAccept-Encodingに応じてgzipとbrを自動出し分けできるため、設定で両方オンにしておけばOKです。最近のWebでは「gzip + Brotli」がデファクトな構成になっています。さらに余力があればZstdも試験的に導入してみましょう。Zstd対応ブラウザが限定的なため効果は限定的ですが、たとえばCloudflareを使っているサイトならボタン一つでZstdを有効化できます。自前NGINXでもモジュールを組み込めば設定はbrotliとほぼ同じ要領です。

• 静的コンテンツ vs 動的コンテンツ: 静的ファイル（CSS/JS/画像など）はなるべく最高圧縮したものをキャッシュさせるのが理想です。ビルド時にBrotli圧縮（.brファイル作成）とgzip圧縮（.gzファイル作成）を行い、サーバーでそれらをそのまま配信すれば、CPU負荷ゼロで小さいファイルを提供できます。一方、動的なページ（HTMLやAPIレスポンスなど）はリアルタイム圧縮になります。これらはユーザ待ち時間に直結するため、圧縮にあまり時間をかけすぎないことが重要です。具体的には、動的コンテンツはgzipか低～中レベルのBrotli/Zstdを使うのがおすすめです。例えば一般的なHTMLレスポンスならgzipレベル6程度、もしBrotliを使うならレベル4くらいが無難でしょう。Zstdが使えるならレベル1-3あたりで充分高効率です。逆に動的コンテンツにBrotliレベル11などを適用するとTTFBが悪化しユーザ体感速度を損なう恐れがあります。コンテンツによっては圧縮しなくてもサイズが小さければ（数百バイト～数KB程度）オーバーヘッドの方が大きくなる場合もあります。そのため小さなレスポンスは圧縮しないという選択もあり得ます（NGINXのgzip_min_length設定などで制御可能）。

• コンテンツタイプごとの最適化: テキスト系（HTML, CSS, JS, JSON, XMLなど）は圧縮効果が大きいので積極的に圧縮すべきです。一方、画像や動画、PDF、フォントなど既に圧縮済みの形式については二重に圧縮してもあまり効果がないか、場合によってはサイズが増えることもあります。そこで通常、サーバー設定では対象MIMEタイプを限定します。例えばNGINXなら以下のように設定します。

# NginxでのgzipとBrotli有効化例
http {
    # gzipを有効化（テキスト系MIMEタイプのみ）
    gzip on;
    gzip_comp_level 6;
    gzip_types text/plain text/css application/javascript application/json;
    # Brotliを有効化（ngx_brotliモジュールが組み込まれている必要あり）
    brotli on;
    brotli_comp_level 5;
    brotli_types text/plain text/css application/javascript application/json;
}

上記ではHTML, CSS, JavaScript, JSONに対してgzipおよびBrotli圧縮を適用しています。画像やPDFなどは含めていません（デフォルトでgzip_types/brotli_typesに含まれないバイナリMIMEは圧縮されません）。こうすることで効果の高いコンテンツだけ圧縮し、無駄なCPU浪費を防ぐことができます。

• クライアント環境の考慮: 一部の古いブラウザや特殊なクライアントではBrotli非対応のため、必ずgzipとのフォールバックを用意しておきます。幸い、Accept-Encodingヘッダによる内容交渉で大抵は自動処理されます。例えばクライアントがAccept-Encoding: gzip, brを送ってきたらサーバーはBrotli優先で返し、gzip, deflateのみならgzipで返す、といった形です。ApacheやNGINXは設定次第でこれらを自動処理します。気をつけたいのはプロキシやセキュリティソフトの干渉です。企業内プロキシなどでBrotli非対応だったり、圧縮転送を解除するものが間に入ると、せっかくの圧縮が無効化されてしまうケースもあります。そのため、重要データでは圧縮前提にしないなど設計上の配慮も時には必要です。

• 圧縮ライブラリ・ツールの活用: Webサーバーだけでなく、アプリケーションコード側で圧縮する場面もあるでしょう。例えばNode.jsのサーバーでレスポンスを動的生成する場合、Node組み込みのzlibモジュールでgzip/Brotli圧縮が可能です。また、言語別に多数の圧縮ライブラリがあります。最新のアルゴリズムに追随するため、ライブラリアップデートは怠らないようにしましょう。Zstdに関してはまだ統合されていない環境も多いですが、将来的に言語ランタイムへの組み込みも期待されます。圧縮設定のパラメータ（レベルやストラテジー）も各ライブラリのドキュメントを参考に適切にチューニングしてください。デフォルト設定が必ずしもベストではない場合もあります。

• ベンチマークとモニタリング: 最適な圧縮戦略はサイトの性質やトラフィックパターンによって異なります。可能であれば自サイトの典型的な応答をいろいろなアルゴリズム・レベルで試し、圧縮後サイズや処理時間を計測してみるとよいでしょう。例えば大きなJS束（バンドル）の場合、Brotliレベル11で何バイト、小さくなり、圧縮に何秒かかるか？Zstdレベル5ならどうか？といった具合です。Paul Calvano氏の提供するオンラインツールでは、URLを指定するとgzip/Brotli/Zstdそれぞれ複数レベルで圧縮率と所要時間を試算してくれるので活用できます。こうした結果も踏まえて、「サイズ削減 vs CPU負荷 vs レイテンシ」のバランスを検討しましょう。また本番環境で圧縮を導入したら、モニタリングも重要です。圧縮後サイズの推移、圧縮処理にかかった時間、サーバーCPU使用率などを観測し、明らかに負荷が高すぎる場合は設定を見直す必要があります。CDNを使っている場合はCDN側の分析（例えばCloudflareの分析ツール）で圧縮率向上による帯域節約効果などを確認できます。

以上、主要な圧縮アルゴリズムについてその仕組みから実用比較、使い分けまで詳しく見てきました。gzipは引き続き基本の座を占めていますが、Brotliが静的コンテンツで威力を発揮し、そして新顔のZstdが動的圧縮のエース候補として台頭しつつあります。ウェブ開発者としては、これらを上手に組み合わせてユーザ体験の向上とリソース最適化を図りたいところです。幸いブラウザやサーバーのサポートも整ってきているので、ぜひ自分のプロジェクトでも試してみてください。圧縮アルゴリズムの進化は地味ながら確実にWeb全体のパフォーマンスに寄与しています。この記事がその理解と活用の一助となれば幸いです。

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