今更聞けないACID特性について解説

はじめに

データベースの分野において、特にトランザクション管理に関連する基本的な概念の一つが「ACID特性」です。このブログでは、ACID特性が何であるか、その重要性、そしてそれぞれの特性について詳しく解説します。また、ACID特性を持つデータベースと持たないデータベースの例も紹介します。

ACID特性とは？

ACIDとは、データベーストランザクションの信頼性と整合性を保証するための4つの特性、つまりAtomicity（原子性）、Consistency（一貫性）、Isolation（独立性）、Durability（持続性）　を指します。これらの特性を満たすことで、データベースは予期しない障害が発生しても、データの整合性を保つことができます。

1. Atomicity（原子性）

原子性は、トランザクションが「全て成功する」か「全て失敗する」かのいずれかであることを保証します。トランザクション内のすべての操作は一つの単位として扱われ、途中で失敗した場合は、そのトランザクションによるすべての変更がロールバックされます。

例: 銀行口座間の資金移動

• 口座Aから$100引き出し、口座Bに$100入金。
• 途中でエラーが発生した場合、どちらの操作もキャンセルされ、最初の状態に戻ります。

2. Consistency（一貫性）

一貫性は、トランザクションが開始される前後でデータベースが常に正しい状態を保つことを保証します。トランザクションが成功した場合、データベースの整合性制約（例: 外部キー、ユニークキーなど）がすべて満たされる状態に保たれます。

例: 銀行口座の総額

• トランザクション前後で銀行全体の預金総額が一致することが保証されます。

3. Isolation（独立性）

独立性は、複数のトランザクションが同時に実行される場合でも、それぞれのトランザクションが他のトランザクションの影響を受けないことを保証します。これにより、各トランザクションが単独で実行された場合と同じ結果を得ることができます。

例: 商品の在庫管理

• 同じ商品を同時に購入するトランザクションがあっても、在庫数が適切に更新されるようにします。

4. Durability（持続性）

持続性は、トランザクションが成功した後、その結果が永続的に保存されることを保証します。システム障害が発生しても、成功したトランザクションの結果は失われません。

例: データの永続化

• トランザクションがコミットされた後、サーバーがクラッシュしても、データベースはそのトランザクションの変更を保持します。

ACID特性の重要性

ACID特性は、データベースの信頼性と整合性を保証するために不可欠です。これらの特性が守られることで、データベースは以下のような利点を提供します：

• データの信頼性向上: データの一貫性と整合性が保たれるため、ユーザーやアプリケーションはデータの正確性を信頼できます。
• 障害耐性の向上: システム障害が発生しても、データの整合性が保証されます。
• 同時実行性の管理: 複数のユーザーやプロセスが同時にデータベースにアクセスしても、データの整合性が損なわれません。

ACID特性を持つデータベースの例

1. PostgreSQL

   • オープンソースのリレーショナルデータベースであり、ACID特性を完全にサポートしています。トランザクションの一貫性と信頼性が高く、多くの企業や組織で使用されています。

2. MySQL（InnoDBエンジン使用時）

   • MySQLは多くのストレージエンジンをサポートしていますが、InnoDBエンジンを使用することでACID特性を提供します。これにより、安全で信頼性の高いトランザクション処理が可能です。

3. Oracle Database

   • 商用のリレーショナルデータベースで、ACID特性を高いレベルでサポートしています。特に大規模な企業向けに多くの機能を提供しています。

ACID特性を持たないデータベースの例

1. Cassandra

   • 分散型のNoSQLデータベースで、高いスケーラビリティと可用性を持ちますが、ACID特性のうち特に強い一貫性と独立性は提供しません。最終的な一貫性を重視しています。

2. MongoDB

   • ドキュメント指向のNoSQLデータベースで、柔軟なデータモデルとスケーラビリティを持ちますが、トランザクションの扱いは限定的で、従来のACID特性を完全には提供しません。バージョン4.0以降でマルチドキュメントトランザクションがサポートされていますが、リレーショナルデータベースほど強力ではありません。

3. Redis

   • インメモリ型データベースで、主に高速なデータアクセスを提供するために設計されています。ACID特性のうち、Durability（持続性）がオプションであり、通常は高いパフォーマンスを優先するために完全な持続性を保証しない設定で使用されます。

まとめ

ACID特性は、データベーストランザクションの基本的な要件であり、データの整合性と信頼性を保証します。これらの特性を理解し、データベース設計や運用に活用することで、堅牢で信頼性の高いシステムを構築することができます。ACID特性を持つデータベースと持たないデータベースの違いを把握し、用途に応じた適切なデータベースを選択することが重要です。

データベースにおけるACID特性を再確認し、実際の設計や開発に役立ててください。どんなシステムでも、データの信頼性と整合性は成功の鍵となる要素です。