MVCC vs 楽観的ロック vs 行レベルロック：MariaDBにおけるデータ競合解決のベストプラクティス

MariaDBにおける行レベル読み取りロックの仕組みとプログラミング解説

MariaDBでトランザクション処理を行う際、データ競合を避けて整合性を保つために重要なのがロック機構です。特に、行レベル読み取りロックは、読み取り操作におけるロック粒度を細分化することで、並行処理のパフォーマンスとデータ整合性のバランスを最適化する役割を担います。

行レベル読み取りロックとは？

行レベル読み取りロックは、SELECT操作において、特定の行に対する読み取りアクセスを排他的に制御するロック機構です。このロックを取得すると、他のトランザクションはその行を読み取ることができなくなり、ロックを保持しているトランザクションのみが読み取り操作を実行できます。

MariaDBでは、InnoDBエンジンがデフォルトで採用されており、行レベルロックをサポートしています。InnoDBでは、**共有ロック (Sロック)と排他ロック (Xロック)**の2種類の行レベル読み取りロックが存在します。

• 共有ロック (Sロック)： ロックを保持しているトランザクションは行の読み取りのみ許可されます。他のトランザクションも共有ロックを取得して行を読み取ることができますが、更新や削除は許可されません。
• 排他ロック (Xロック)： ロックを保持しているトランザクションは、行の読み取りと更新・削除を排他的に許可されます。他のトランザクションはその行に対して一切のアクセスができません。

行レベル読み取りロックを使用する主な利点は以下の通りです。

• データ競合の防止: 複数のトランザクションが同じ行を同時に読み取ろうとしても、行レベル読み取りロックによって排他的に制御されるため、データ競合を防止することができます。
• トランザクションの一貫性: ロックを保持しているトランザクションのみが行にアクセスできるため、他のトランザクションによる変更の影響を受けることなく、常に最新の状態のデータを読み取ることができます。
• パフォーマンス向上: テーブルレベルロックと比べてロック範囲が小さいため、ロックの影響を受けるトランザクション数を減らし、並行処理のパフォーマンスを向上させることができます。

行レベル読み取りロックのプログラミング

MariaDBで行レベル読み取りロックを使用するには、SELECTクエリに以下のキーワードを追加します。

• LOCK IN SHARE MODE: 共有ロックを取得します。
• FOR UPDATE: 排他ロックを取得します。

-- 共有ロックを取得して行を読み取る
SELECT * FROM example_table WHERE id = 123 LOCK IN SHARE MODE;

-- 排他ロックを取得して行を読み取り、更新する
SELECT * FROM example_table WHERE id = 456 FOR UPDATE;

注意点:

• ロックは明示的に解除する必要があります。トランザクションがコミットまたはロールバックされると自動的に解除されますが、明示的にUNLOCKキーワードを使用しても解除できます。
• ロックの種類は、トランザクションの分離レベルによっても影響を受けます。分離レベルをSERIALIZABLEに設定すると、すべての読み取り操作に共有ロックが自動的に取得されます。

まとめ

MariaDBにおける行レベル読み取りロックのサンプルコード

この例では、example_tableテーブルに対して行レベル読み取りロックを使用して、データ競合を回避しながらトランザクション処理を実行する方法を示します。

共有ロックを使用して行を読み取る

-- 共有ロックを使用して `id` が 123 の行を読み取る
BEGIN TRANSACTION;

SELECT * FROM example_table WHERE id = 123 LOCK IN SHARE MODE;

-- 処理を実行

COMMIT;

-- 排他ロックを使用して `id` が 456 の行を読み取り、更新する
BEGIN TRANSACTION;

SELECT * FROM example_table WHERE id = 456 FOR UPDATE;

-- 読み取った値を更新

UPDATE example_table SET value = 'updated_value' WHERE id = 456;

COMMIT;

ロックを明示的に解除する

-- 排他ロックを使用して `id` が 456 の行を読み取り、更新する
BEGIN TRANSACTION;

SELECT * FROM example_table WHERE id = 456 FOR UPDATE;

-- 読み取った値を更新

UPDATE example_table SET value = 'updated_value' WHERE id = 456;

-- ロックを解除

UNLOCK TABLES;

COMMIT;

説明

• 上記の例では、BEGIN TRANSACTIONとCOMMITを使用してトランザクションを開始およびコミットしています。
• LOCK IN SHARE MODEキーワードを使用して共有ロックを取得し、FOR UPDATEキーワードを使用して排他ロックを取得しています。
• ロックの種類は、トランザクションで実行する操作によって選択します。読み取りのみの場合は共有ロック、読み取りと更新/削除の場合は排他ロックを使用します。
• ロックは明示的にUNLOCK TABLESキーワードを使用して解除することもできますが、トランザクションがコミットまたはロールバックされると自動的に解除されます。

補足

• ロックの取り扱いには注意が必要です。ロックを保持したまま長時間処理を行うと、他のトランザクションの処理をブロックしてしまう可能性があります。
• ロックの種類と使用方法を適切に選択することで、データ競合を回避し、トランザクション処理のパフォーマンスを向上させることができます。

MariaDBにおける行レベル読み取りロックの代替方法

MariaDBで行レベル読み取りロック以外にも、データ競合を回避し、トランザクション処理の一貫性を保つ方法はいくつかあります。状況に応じて適切な方法を選択することで、アプリケーションのパフォーマンスと整合性を最適化することができます。

バージョン管理システム (MVCC)

MariaDBはMVCCと呼ばれるバージョン管理システムを実装しており、トランザクションによるデータ変更を履歴として保存することで、データ競合を検出および解決します。行レベル読み取りロックとは異なり、MVCCはロックを取得せずにトランザクションを実行できるため、パフォーマンスの向上に役立ちます。

楽観的ロック

楽観的ロックは、データの更新前にチェックバージョンと呼ばれるタイムスタンプを確認することで、競合を検出する方法です。更新処理を実行する前にチェックバージョンを読み取り、更新後のデータにそのチェックバージョンを書き込みます。他のトランザクションが同じ行を更新した場合、古いチェックバージョンのデータに基づいて更新処理を実行しようとするため、競合が発生することが検出されます。楽観的ロックは、行レベル読み取りロックと比較して軽量なロック機構であり、データベースへの負荷を抑えることができます。

アプリケーションレベルロック

アプリケーションレベルロックは、アプリケーション側でロック機構を実装する方法です。データベースではなく、アプリケーション側でロックを管理することで、よりきめ細かなロック制御が可能になります。例えば、特定の処理を実行している間、他の処理をブロックするようなロック機構を独自に実装することができます。

ロック回避戦略

ロックを使用せずにデータ競合を回避する方法もあります。例えば、読み取り操作を非同期に行うことで、ロックの影響を受けずに処理を継続することができます。また、競合が発生しにくいデータ構造を選択することで、ロックの必要性を減らすこともできます。

それぞれの方法の比較