データベーストランザクション： ACID特性を深く理解して信頼性の高いシステムを実現する

2024-06-26

データベーストランザクション：仕組みと詳細解説

トランザクションの4つの特性（ACID）

トランザクションの動作を理解するには、以下の4つの特性が重要です。

原子性（Atomicity）：トランザクション内の操作はすべてまとめて実行され、途中でエラーが発生しても、処理が完了した状態になるか、まったく処理されないかのどちらかになります。部分的な完了は許されません。
一貫性（Consistency）：トランザクション開始前と完了後で、データベース全体のデータ状態に矛盾が生じないことを保証します。
分離性（Isolation）：同時に行われる複数のトランザクションが互いに干渉せず、個別に実行されるかのように動作することを保証します。
耐久性（Durability）：トランザクションが正常に完了した場合は、その結果が永続的に保存され、障害発生後も失われないことを保証します。

トランザクション処理は、以下の3つのフェーズで構成されます。

開始（Begin）: トランザクションの開始を宣言します。この時点から、データベースに対する操作がトランザクションに属するものとして記録されます。
処理（Process）: 具体的なデータベース操作を実行します。INSERT、UPDATE、DELETEなどのSQL文が実行されます。
コミット（Commit） or ロールバック（Rollback）: トランザクションの完了を宣言します。

コミット: 処理が正常に完了したことを示し、データベースへの変更を確定します。
ロールバック: エラーが発生などにより処理が完了できなかったことを示し、データベースへの変更を元に戻します。

トランザクションのロック

複数のトランザクションが同時に同じデータへアクセスする場合、データの整合性を保つためにロック機構が用いられます。ロックの種類には、以下のものがあります。

排他ロック: 特定のトランザクションだけがデータへアクセスできるように排他的にロックします。

楽観的ロックと悲観的ロック

ロックのタイミングによって、楽観的ロックと悲観的ロックに分類されます。

楽観的ロック: トランザクション開始時にロックを取得せず、処理完了時に競合が発生していないかを確認します。競合が発生した場合は、ロールバック処理を行います。
悲観的ロック: トランザクション開始時に必要なデータへロックを取得し、処理完了まで保持します。

トランザクション処理の内容はログファイルに記録されます。ログファイルは、障害発生時の復旧や監査目的などに利用されます。

まとめ

データベーストランザクションは、複数のデータベース操作を原子的に実行し、データの整合性を保つために不可欠な仕組みです。ACID特性を理解し、適切なロック機構を用いることで、信頼性の高いデータベースシステムを実現できます。

サンプルコード：Pythonによるトランザクション処理

import psycopg2

# データベース接続
conn = psycopg2.connect(dbname="testdb", user="postgres", password="password")

# オートコミットを無効化
conn.autocommit = False

# トランザクション開始
cursor = conn.cursor()
cursor.execute("BEGIN")

# ユーザーAの残高を100減らす
cursor.execute("UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1")

# ユーザーBの残高を100増やす
cursor.execute("UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2")

# トランザクションコミット
conn.commit()

# カーソルと接続を閉じる
cursor.close()
conn.close()