データベース トランザクションとは、データの一貫性、整合性、信頼性を確保するために、一連のより大きなデータ操作の一部として実行される単一の作業単位を指します。データベース トランザクションの管理と実行は、データベース システムの安定性とパフォーマンスを維持する上で重要な役割を果たします。トランザクションは、必要なデータの一貫性を保証するためにまとめられた、データの作成、更新、削除などの 1 つ以上の操作のシーケンスです。
トランザクションは、複数の関連する操作を特定の順序で実行する方法を提供し、トランザクションの一部が失敗した場合にトランザクション全体がロールバックされて一貫性が維持されるため、非常に重要です。 ACID プロパティ (原子性、一貫性、分離性、耐久性) として知られる特定のプロパティを遵守することで、開発者はデータベース トランザクションの回復力と信頼性を確保できます。
ACID プロパティの説明
ACID プロパティは、データベース トランザクションの信頼性、一貫性、および障害やエラーに対する回復力を保証する 4 つの特性です。データベース システムがこれらの ACID プロパティに従っていることを確認すると、システムの整合性、安定性、パフォーマンスを維持できます。これらのプロパティは次のとおりです。
- アトミック性:このプロパティは、トランザクション内のすべての操作が正常に完了するか、まったく実行されないかを保証します。トランザクションは、その操作の全か無かの実装が保証されている場合、アトミックであるとみなされます。
- 一貫性:一貫性により、定義されたすべての制約とルールに従って、トランザクションがデータベースをある一貫した状態から別の一貫した状態に移行することが保証されます。
- 分離:分離により、各トランザクションが他の同時トランザクションから独立して実行され、潜在的な競合や不整合が防止されます。
- 耐久性:耐久性は、トランザクションがコミットされると、停電やシステムクラッシュが発生した場合でも、その変更が保持され、失われることがないことを保証します。
これらの ACID プロパティを理解して実装することで、開発者はデータベース システム内で信頼性の高い強力なトランザクション管理を確立し、データベース システムの安定性とパフォーマンスを向上させることができます。
アトミック性: All-or-Nothing トランザクションの保証
原子性は ACID プロパティの基本的な側面であり、トランザクション内のすべての操作が正常に完了するか、まったく実行されないかを保証します。つまり、トランザクションの一部が失敗した場合、トランザクション全体がロールバックされ、データベースには変更がコミットされません。この全か無かの原則は、トランザクションの実行前後にデータベース内の一貫性のある安定した状態を維持するのに役立ちます。
トランザクションにおける原子性の重要性を示す例を考えてみましょう。 2 つの口座間で資金を送金する必要がある銀行アプリケーションを想像してください。この操作は、送信者の口座から資金を差し引くことと、受信者の口座に資金を追加することの 2 つのステップで構成されます。最初のステップ (資金の差し引き) は成功したが、2 番目のステップ (資金の追加) がエラーにより失敗した場合、これらの部分的な変更をデータベースにコミットしたくありません。代わりに、トランザクション全体をロールバックして、アカウントの整合性と一貫性を維持したいと考えています。
トランザクションに原子性を実装するには、適切なデータベース管理システム (DBMS) など、ACID プロパティをサポートするトランザクション管理システムを使用できます。 PostgreSQL 、MySQL、MS SQL Server などの最新のリレーショナル データベースのほとんどは、トランザクション管理サポートによりアトミック性を強制するメカニズムを提供します。
このようなシステムを使用すると、サポートされている言語またはSQLコマンドを利用してトランザクションを管理し、トランザクションのアトミックな性質を確保できます。たとえば、SQL でBEGINコマンドとCOMMITコマンドを使用して、それぞれトランザクションを開始および完了できます。さらに、 ROLLBACKコマンドを使用すると、何か問題が発生したときにトランザクションの一部として行われたすべての変更を元に戻すことができ、トランザクションのアトミック性が確保されます。
一貫性: データベース ルールの維持
一貫性はデータベース トランザクションの基本的な側面であり、データベースが定義された制約とルールに確実に準拠していることを保証します。トランザクションが実行されると、一貫性によって、データベースがある一貫した状態から別の一貫した状態に移行することが保証されます。つまり、トランザクションを開始する前に、データベースの整合性が保たれている必要があります。トランザクションが実行されてコミットされた後、データベースも一貫した状態に戻る必要があります。一貫性を実現するには、次の条件を強制することが不可欠です。
- ドメイン制約:データベースに保存されている値がそれぞれのデータ型と制約に準拠していることを確認します。トランザクションがデータを変更する場合、更新された値は事前定義されたドメイン制約に従う必要があります。
- エンティティの整合性:データベース内の各レコードには一意の識別子 (一般に主キーとして知られている) が必要であり、null または重複してはなりません。エンティティの整合性は、トランザクション全体を通じて維持される必要があります。
- 参照整合性:参照整合性は、リレーショナル データベース システム内のテーブル間の関係です。外部キーは、この関係を維持するために使用されます。トランザクションは、定義されたすべての外部キー制約を尊重し、テーブル間の関係が一貫した状態に保たれるようにする必要があります。
- アプリケーション固有のルール:これらは、アプリケーションの要件に従って実装されるルールです。トランザクション中にこれらのルールを強制すると、データベースが必要なビジネス ロジックに確実に従うようになります。
これらすべての条件が確実に満たされるようにすることで、データベース内の一貫性が維持され、データの整合性と安定性が向上します。
分離: 同時アクセスの問題の防止
パフォーマンスとアプリケーションの応答性を向上させるために、データベース システム内で複数のトランザクションを同時に実行することがあります。それでも、同時実行はダーティ読み取り、反復不能読み取り、ファントム読み取りなどのいくつかの問題を引き起こす可能性があります。これらの問題に対処するために、ACID の分離特性が使用されます。分離により、各トランザクションが独立して実行され、その実行が同時トランザクションに干渉しないことが保証されます。データベース システムは、さまざまな分離レベルを通じて分離を実装します。これにより、システムが同時アクセスの問題からトランザクションを保護する方法が決まります。分離レベルは次のとおりです。
- Serializable:これは最も高い分離レベルであり、トランザクションが次々とシリアルに実行されます。このレベルでは完全な分離が提供され、各トランザクションは他のトランザクションから完全に分離されます。同時に、同時実行性がないため、パフォーマンスが低下する可能性があります。
- 反復読み取り:このレベルでは、トランザクションは同じデータを複数回読み取り、同じ結果を得ることができます。それでも、他のトランザクションによって新しいデータが挿入され、ファントム読み取りが発生する可能性があります。
- コミットされた読み取り:このレベルでは、トランザクションは開始時にコミットされたデータのみを参照します。ダーティ リードは回避されますが、再現不可能なファントム リードが発生する可能性があります。
- Read Uncommitted:これは最も低い分離レベルであり、トランザクションは他のトランザクションからコミットされていないデータを読み取ることができます。このレベルでは、ダーティ、再現不可能、ファントム読み取りが発生する可能性があります。
分離を実装する際には、分離の程度とデータベース システムのパフォーマンスのバランスをとることが重要です。完全な分離を実現するとパフォーマンスが犠牲になる可能性があるため、アプリケーションの要件に基づいて適切な分離レベルを選択することが重要になります。
耐久性: システム障害からデータを保護
データベース トランザクションの耐久性とは、トランザクションがコミットされると、その変更がデータベース内に保持され、停電やシステム クラッシュが発生した場合でも失われることがないという保証です。耐久性により、データの信頼性とコミットされたトランザクションの長期保存が保証されます。耐久性の実現は、次のようなさまざまな手法によって実現できます。
- 先行書き込みログ (WAL): WAL は耐久性を確保するために広く使用されている方法で、システムはすべての変更をデータベースに適用する前にログ ファイルに書き込みます。システム障害またはクラッシュが発生した場合、ログ ファイルを再生することでデータベースを回復できます。
- ジャーナリング:ジャーナリングは、トランザクション中に行われたすべての変更を基礎となるデータ ファイルに書き込む前にログを記録し、保存するプロセスです。ジャーナリングにより、データベースに問題が発生した場合に、データベースが不完全なトランザクションを回復してロールバックできるようになります。
- チェックポイント:チェックポイントには、メモリ内データベース バッファの内容を定期的にディスクに保存することが含まれます。これにより、コミットされたデータが永続ストレージに書き込まれることが保証され、耐久性が向上します。
- データベースのバックアップ:システム障害や破損が発生した場合のデータ損失を防ぐために、定期的なデータベース バックアップが不可欠です。バックアップを使用すると、データベースを一貫した状態に復元できます。
これらの技術を実装および組み合わせることにより、データベース トランザクションの耐久性特性を維持し、システム障害が発生した場合でもデータの信頼性を確保できます。結論として、データベース トランザクションの ACID プロパティを理解して実装すると、データベースを効率的に管理しながら、データの一貫性、信頼性、整合性が確保されます。 no-code機能とさまざまな DBMS プラットフォームとのシームレスな統合を備えたAppMasterのようなプラットフォームを活用すると、これらのトランザクションの管理と ACID プロパティの実装をさらに簡素化できます。
AppMasterを使用した ACID プロパティの実装
AppMaster は、開発者がバックエンド、Web、モバイル アプリケーションを簡単に作成できるようにする高度なノーコードプラットフォームです。その強力な機能には、データ モデル、ビジネス ロジック、 REST API 、および WSS エンドポイントを作成するための直感的なビジュアル環境が含まれます。 AppMasterの機能を活用すると、データベース トランザクションでの ACID プロパティの実装を簡素化できます。
AppMasterデータベース トランザクションを効果的に管理するのにどのように役立つかは次のとおりです。
- ビジュアル データ モデリング: AppMasterプラットフォーム内でデータ モデルを作成することにより、データベース スキーマを視覚的に設計します。これにより、データベース構造の明確な概要が提供され、一貫性を強制する制約とルールの実装が容易になります。
- ビジネス プロセス デザイナー:ビジュアルなビジネス プロセス デザイナーを通じてビジネス ロジックを定義および自動化します。これにより、ACID プロパティに準拠した複雑なトランザクション プロセスを作成でき、データベース操作の信頼性と一貫性が保証されます。
- 一般的な DBMS プラットフォームとの統合: AppMaster 、プライマリ データベースとして PostgreSQL 互換データベースとの統合をサポートします。これにより、アプリケーションのニーズと ACID コンプライアンス要件に最適な DBMS を柔軟に選択できるようになります。
- API 管理: AppMasterプラットフォーム内でAPI を効果的に管理し、アプリケーション全体でのトランザクション処理とデータの一貫性を向上させます。
- データベース移行スクリプトの自動生成: AppMasterデータベース スキーマの変更に応じて移行スクリプトを自動的に生成します。この機能により、データベース構造の変更と維持のプロセスが簡素化され、アプリケーションのライフサイクル全体を通じてデータの一貫性が確保されます。
AppMasterの強力なno-codeプラットフォームを使用すると、データベース トランザクションへの ACID プロパティの実装がより合理化され、効率的になります。
ACID 準拠のための適切なデータベース管理システム (DBMS) の選択
適切な DBMS を選択することは、データベース トランザクションの ACID プロパティを適用する上で重要な役割を果たします。前述したように、 AppMaster PostgreSQL 互換データベースとシームレスに統合し、ACID 準拠に関連するさまざまなメリットを実現します。 DBMS を検討する場合は、トランザクション管理、パフォーマンス、スケーラビリティ、セキュリティ、および既存のアプリケーションやインフラストラクチャとの互換性をサポートする能力を評価する必要があります。
ACID 準拠を提供する一般的な DBMS オプションをいくつか示します。
- PostgreSQL:強力なオープンソースのオブジェクト リレーショナル データベース システムである PostgreSQL は、複雑なトランザクション、高性能、さまざまなデータ型のサポートなどの高度な機能を提供します。 ACID プロパティへの強力な準拠により、開発者の間で人気の選択肢となっています。
- MySQL:もう 1 つの広く使用されているオープンソース データベース システムであるMySQL は、効率的なパフォーマンス、容易なスケーラビリティ、および強力なセキュリティ機能とともに、ACID 準拠のトランザクションのサポートを提供します。この組み合わせにより、DBMS 市場における強力な競争相手となります。
- Oracle: Oracle は、包括的な機能、高性能、ACID 準拠のトランザクション サポートで知られるエンタープライズ グレードの商用 DBMS です。オラクルは、大規模なミッションクリティカルなアプリケーションを処理できるため、厳密なデータ管理機能を必要とする企業にとって人気の選択肢となっています。
ACID 準拠、パフォーマンス、その他の要素に基づいてこれらのデータベース管理システムを評価すると、アプリケーションの特定のニーズを決定するのに役立ちます。
データベーストランザクション管理のベストプラクティス
ACID プロパティの利点を最大限に活用し、効率的なデータベース トランザクション管理を確保するには、ベスト プラクティスに従うことが重要です。これらのガイドラインは、データベース トランザクションの信頼性、一貫性、整合性を強化します。
- トランザクションを小さくシンプルに保つ:トランザクションの複雑さと関係するデータの範囲を最小限に抑え、トランザクションを最適化します。トランザクションが小さいと、他の操作と競合する可能性が減り、システムのパフォーマンスが向上します。
- 適切なロック メカニズムを使用する:適切なタイプのロック メカニズム (悲観的または楽観的) を実装して、データの一貫性を維持し、同時トランザクション中のデッドロックを回避します。
- 適切なエラー処理を確保する:トランザクション実行中の潜在的なエラーや障害をチェックし、明確なエラー処理メカニズムを導入します。これは、予期しない問題が発生した場合でも、原子性と一貫性を維持するのに役立ちます。
- トランザクションの監視と監査:トランザクション アクティビティを注意深く監視して、トランザクション アクティビティが ACID プロパティに準拠していることを確認し、パフォーマンスのボトルネックを発見し、潜在的なセキュリティ上の懸念事項に対処します。
- トランザクション分離レベルの最適化:アプリケーションの要件に最適なトランザクション分離レベルを選択することで、パフォーマンスと一貫性のバランスをとります。分離レベルが高いほど、より強力な一貫性保証が提供されますが、パフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性があります。
- 徹底的なテスト:トランザクション プロセスに対して厳密なテストを実行し、トランザクション プロセスが ACID プロパティに完全に準拠していること、およびデータの一貫性、正確さ、信頼性が維持されていることを確認します。
これらのベスト プラクティスを実装すると、ACID プロパティに合わせてデータの整合性、一貫性、信頼性を維持しながら、データベース トランザクションを効果的に管理できます。
強力でスケーラブルなアプリケーション インフラストラクチャを確立するには、ACID プロパティとデータベース トランザクションにおけるその重要性を深く理解することが不可欠です。 AppMasterのno-codeプラットフォームの機能と適切な DBMS を組み合わせることで、データベース トランザクションに ACID プロパティを効率的に実装し、ベスト プラクティスに従って信頼性と一貫性のあるデータ管理を実現できます。
