NoSQLデータベースとACIDトランザクション：知っておくべき5つのポイント

NoSQLデータストアとACIDトランザクション

ACIDは、以下の4つの特性を表します。

• 原子性 (Atomicity)：トランザクション内のすべての操作が成功するか、すべて失敗する。
• 一貫性 (Consistency)：トランザクションの実行前後で、データベースの状態が整合性を保つ。
• 独立性 (Isolation)：複数のトランザクションが同時に実行されても、互いに影響を与えない。
• 耐久性 (Durability)：トランザクションがコミットされると、そのデータは永続的に保存される。

多くのNoSQLデータストアは、ACIDトランザクションのすべてまたは一部をサポートしていないため、従来のRDBMSとは異なるトレードオフが存在します。

ACIDトランザクションをサポートするNoSQLデータストア

以下のNoSQLデータストアは、ACIDトランザクションをサポートしています。

• Amazon DynamoDB：Amazon Web Services (AWS) が提供する、キーバリュー型のNoSQLデータベースサービスです。
• Apache Cassandra：分散型でスケーラブルなNoSQLデータベースです。
• CockroachDB：オープンソースの分散型SQLデータベースです。

これらのデータストアは、ACIDトランザクションをサポートするために、様々な技術を採用しています。例えば、2相コミットや多重書き込みなどです。

• データの整合性が損なわれる可能性がある。
• トランザクションの処理が複雑になる。
• アプリケーション開発に工夫が必要になる。

代表的な例としては、MongoDBやCassandraなどがあります。これらのデータストアは、ACIDトランザクションよりも、スケーラビリティやパフォーマンスを重視しています。

NoSQLデータストアの選択

NoSQLデータストアを選択する際には、以下の要件を考慮する必要があります。

• データモデル
• スケーラビリティ
• パフォーマンス
• 一貫性
• コスト

ACIDトランザクションが必須な場合は、ACIDトランザクションをサポートするNoSQLデータストアを選択する必要があります。一方、スケーラビリティやパフォーマンスが重要な場合は、ACIDトランザクションをサポートしていないNoSQLデータストアを選択することもできます。

import com.amazonaws.services.dynamodbv2.AmazonDynamoDB;
import com.amazonaws.services.dynamodbv2.AmazonDynamoDBClientBuilder;
import com.amazonaws.services.dynamodbv2.model.*;

public class Example {

    public static void main(String[] args) {
        AmazonDynamoDB client = AmazonDynamoDBClientBuilder.standard().build();

        // テーブルを作成
        CreateTableRequest createTableRequest = new CreateTableRequest()
            .withTableName("MyTable")
            .withAttributeDefinitions(
                new AttributeDefinition()
                    .withAttributeName("id")
                    .withAttributeType("S"),
                new AttributeDefinition()
                    .withAttributeName("name")
                    .withAttributeType("S")
            )
            .withKeySchema(
                new KeySchemaElement()
                    .withAttributeName("id")
                    .withKeyType("HASH")
            )
            .withProvisionedThroughput(
                new ProvisionedThroughput()
                    .withReadCapacityUnits(5)
                    .withWriteCapacityUnits(5)
            );

        client.createTable(createTableRequest);

        // データを挿入
        PutItemRequest putItemRequest = new PutItemRequest()
            .withTableName("MyTable")
            .withItem(
                new Item()
                    .with("id", new AttributeValue().withS("1"))
                    .with("name", new AttributeValue().withS("John Doe"))
            );

        client.putItem(putItemRequest);

        // データを取得
        GetItemRequest getItemRequest = new GetItemRequest()
            .withTableName("MyTable")
            .withKey(
                new Key()
                    .with("id", new AttributeValue().withS("1"))
            );

        GetItemResult getItemResult = client.getItem(getItemRequest);

        // データを更新
        UpdateItemRequest updateItemRequest = new UpdateItemRequest()
            .withTableName("MyTable")
            .withKey(
                new Key()
                    .with("id", new AttributeValue().withS("1"))
            )
            .withAttributeUpdates(
                new AttributeUpdate()
                    .withAttributeName("name")
                    .withValue(new AttributeValue().withS("Jane Doe"))
                    .withAction("PUT")
            );

        client.updateItem(updateItemRequest);

        // データを削除
        DeleteItemRequest deleteItemRequest = new DeleteItemRequest()
            .withTableName("MyTable")
            .withKey(
                new Key()
                    .with("id", new AttributeValue().withS("1"))
            );

        client.deleteItem(deleteItemRequest);

        // テーブルを削除
        DeleteTableRequest deleteTableRequest = new DeleteTableRequest()
            .withTableName("MyTable");

        client.deleteTable(deleteTableRequest);
    }
}

Apache Cassandra

import com.datastax.driver.core.Cluster;
import com.datastax.driver.core.Session;

public class Example {

    public static void main(String[] args) {
        Cluster cluster = Cluster.builder().addContactPoint("localhost").build();
        Session session = cluster.connect();

        // テーブルを作成
        session.execute("CREATE TABLE mytable (id int PRIMARY KEY, name text)");

        // データを挿入
        session.execute("INSERT INTO mytable (id, name) VALUES (1, 'John Doe')");

        // データを取得
        ResultSet results = session.execute("SELECT * FROM mytable WHERE id = 1");

        // データを更新
        session.execute("UPDATE mytable SET name = 'Jane Doe' WHERE id = 1");

        // データを削除
        session.execute("DELETE FROM mytable WHERE id = 1");

        // テーブルを削除
        session.execute("DROP TABLE mytable");

        session.close();
        cluster.close();
    }
}

CockroachDB

import com.cockroachlabs.jdbc.CockroachDriver;

import java.sql.Connection;
import java

ACIDトランザクションの代替手段

• BASE (Basically Available, Soft-state, Eventually Consistent)：可用性、一貫性、パーティショニングのトレードオフを重視した概念です。
• Optimistic Concurrency Control (OCC)：トランザクションの衝突を検出し、解決する仕組みです。

これらの代替手段は、ACIDトランザクションよりもスケーラビリティやパフォーマンスが高い場合がありますが、データの整合性や一貫性に関するリスクがあります。

NoSQLデータストアの中には、ACIDトランザクションをサポートするために、以下のような技術を採用しているものがあります。

• 2相コミット：トランザクションの処理を2つのフェーズに分けて、データの整合性を保証する仕組みです。
• 多重書き込み：複数のノードにデータを書き込み、データの冗長性を確保する仕組みです。
• ログ構造化マージツリー (LSM)：データの更新を効率的に処理する仕組みです。