データベーストランザクション：ACID 特性で実現する安全なデータ操作
データベーストランザクションと ACID 特性
データベーストランザクションとは？
ACID 特性
ACID 特性は、データベーストランザクションの信頼性を保証するために必要な 4 つの特性です。
原子性 (Atomicity)
原子性とは、トランザクション内のすべての操作が成功するか、すべて失敗するかを保証する特性です。たとえ一部の操作が失敗しても、データベースは元の状態に戻ります。
一貫性 (Consistency)
一貫性とは、トランザクションの実行前後で、データベースが常に整合性のある状態を維持することを保証する特性です。データの整合性ルールや制約が常に満たされるようにします。
独立性 (Isolation)
独立性とは、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ことを保証する特性です。それぞれのトランザクションは、あたかも単独で実行されているかのように動作します。
永続性 (Durability)
永続性とは、トランザクションが完了したら、その結果が永続的に保存されることを保証する特性です。たとえシステム障害が発生しても、データは失われません。
ACID 特性の仕組み
ACID 特性を实现するには、様々な技術が用いられます。以下は、代表的な技術の一例です。
- ジャーナリング: データベースへの変更をすべて記録するログファイル
- ロック: 複数のトランザクションが同時に同じデータにアクセスすることを防ぐ仕組み
- コミット: トランザクションの結果をデータベースに反映する操作
- ロールバック: トランザクションが失敗した場合に、データベースを元の状態に戻す操作
ACID 特性は、データベースの信頼性と一貫性を保つために非常に重要です。これらの特性がなければ、データが破損したり、不整合な状態になったりする可能性があります。
ACID 特性を实现するには、一定のオーバーヘッドが発生します。そのため、すべてのデータベースで ACID 特性を厳密に実装しているわけではありません。
# ライブラリのインポート
import sqlite3
# データベースへの接続
connection = sqlite3.connect("database.db")
cursor = connection.cursor()
# トランザクション開始
cursor.execute("BEGIN")
# ユーザー情報の更新
cursor.execute("UPDATE users SET name = ? WHERE id = ?", ("John Doe", 1))
# 商品情報の更新
cursor.execute("UPDATE products SET price = ? WHERE id = ?", (1000, 1))
# トランザクションコミット
cursor.execute("COMMIT")
# データベースへの接続解除
cursor.close()
connection.close()
このコードでは、以下の操作をトランザクションとして実行しています。
- ユーザーの名前を "John Doe" に更新
- 商品の価格を 1000 円に更新
これらの操作はすべて成功するか、すべて失敗するかのいずれかです。たとえ一部の操作が失敗しても、データベースは元の状態に戻ります。
原子性:
- ユーザーの名前と商品の価格が同時に更新されていることを確認します。
一貫性:
- ユーザーの名前と商品の価格が、データベースの整合性ルールに沿っていることを確認します。
独立性:
- 他のトランザクションと干渉していないことを確認します。
永続性:
- データベース障害が発生しても、データが失われていないことを確認します。
BEGINとCOMMITは、トランザクションの開始と終了を表します。UPDATEは、データベースのデータを更新する操作です。?は、パラメータを表します。
- ACID 特性には、様々な実装方法があります。
- ACID 特性とパフォーマンスの間にはトレードオフがあります。
- ACID 特性よりも弱い制約を持つトランザクションモデルもあります。
2 段階コミット
2 段階コミットは、トランザクションを 2 つのフェーズに分けて実行する方法です。
- 準備フェーズ: データベースへの変更をすべて記録しますが、実際に変更は適用しません。
- コミットフェーズ: 準備フェーズで記録した変更をデータベースに適用します。
2 段階コミットを使用することで、トランザクションのロールバックが容易になります。コミットフェーズに入る前に問題が発生した場合、準備フェーズで記録した変更を破棄することで、データベースを元の状態に戻すことができます。
ロック
ロックは、複数のトランザクションが同時に同じデータにアクセスすることを防ぐ仕組みです。ロックを使用することで、データの競合を防ぎ、一貫性を保つことができます。
MVCC (Multiversion Concurrency Control)
MVCC は、複数のトランザクションが同時に同じデータにアクセスできるようにする仕組みです。MVCC では、データの複数のバージョンを保存することで、トランザクション間の競合を防ぎます。
オプティミスティックロック
オプティミスティックロックは、トランザクションの実行前にデータの競合をチェックしない仕組みです。トランザクションの実行時に競合が発生した場合、競合を解決してからトランザクションをコミットします。
ペシミスティックロック
ペシミスティックロックは、トランザクションの実行前にデータの競合をチェックする仕組みです。トランザクションの実行前にデータをロックすることで、競合を防ぎます。
ACID 特性の実装方法の選択
database transactions acid
