ACID — это набор принципов, которые гарантируют надежность и целостность транзакций в реляционных базах данных. ACID является акронимом, состоящим из четырех ключевых свойств: атомарности (Atomicity), согласованности (Consistency), изолированности (Isolation) и долговечности (Durability). Давайте рассмотрим каждое из этих свойств более подробно.
Для начала нам стоит понять, что такое транзация в базу данных. Транзакция в контексте баз данных — это логически связанный набор операций, которые выполняются как единое целое. Она представляет собой последовательность действий, которые должны быть выполнены в рамках одной логической единицы работы. Транзакции обеспечивают целостность данных и позволяют управлять изменениями в базе данных, гарантируя, что эти изменения будут выполнены корректно.
1. Атомарность (Atomicity)
Атомарность означает, что транзакция рассматривается как единое целое. Это свойство гарантирует, что все операции, входящие в транзакцию, либо выполняются полностью, либо не выполняются вовсе. Если в процессе выполнения транзакции происходит ошибка, то все изменения, сделанные в рамках этой транзакции, откатываются (отменяются), и база данных возвращается в состояние, в котором она находилась до начала транзакции.
Пример: Предположим, что у вас есть операция перевода денег с одного банковского счета на другой. Эта операция включает два шага: списание суммы с одного счета и зачисление этой суммы на другой. Если в процессе выполнения транзакции происходит сбой (например, система зависла после списания, но до зачисления), то атомарность гарантирует, что деньги не будут потеряны или "зависнут" в системе. Оба шага либо выполняются, либо ни один из них не выполняется.
2. Согласованность (Consistency)
Согласованность означает, что транзакция переводит базу данных из одного согласованного состояния в другое. Это свойство гарантирует, что все данные в базе данных остаются корректными и соответствуют заранее определенным правилам и ограничениям (например, ограничениям целостности).
Пример: В той же операции перевода денег, если у вас есть ограничение, что сумма на счете не может стать отрицательной, то согласованность гарантирует, что после выполнения транзакции это ограничение будет соблюдено. Если выполнение транзакции нарушает какое-либо правило согласованности, то транзакция будет отменена.
3. Изолированность (Isolation)
Изолированность определяет, как и когда изменения, внесенные одной транзакцией, становятся видимыми для других транзакций. Свойство изолированности гарантирует, что параллельные транзакции не будут влиять друг на друга. Каждая транзакция выполняется так, как будто она единственная, работающая с базой данных в данный момент.
Пример: Если два пользователя одновременно пытаются перевести деньги с одного и того же счета, изолированность гарантирует, что каждый из них будет работать с актуальным состоянием данных, и изменения одного пользователя не повлияют на изменения другого пользователя до завершения их транзакций.
4. Долговечность (Durability)
Долговечность гарантирует, что результаты завершенной транзакции сохраняются в системе, даже в случае сбоя (например, отключения питания или сбоя системы). Это свойство обеспечивает сохранение данных, и они не могут быть потеряны после того, как транзакция была успешно завершена.
Пример: Если вы успешно перевели деньги с одного счета на другой, долговечность гарантирует, что эта операция будет зафиксирована в базе данных, и даже если произойдет сбой системы, данные о переводе не потеряются и останутся доступными после восстановления.
Далее подробно поговорим о транзакциях
Жизненный цикл транзакции
Жизненный цикл транзакции можно разделить на несколько этапов:
- Начало транзакции: Транзакция начинается с явного или неявного запроса на её выполнение. В реляционных базах данных это может быть команда BEGIN TRANSACTION или аналогичная.
- Выполнение операций: Внутри транзакции выполняются различные операции над данными, такие как INSERT, UPDATE или DELETE.
- Проверка целостности: После выполнения всех операций проверяется, соблюдаются ли все ограничения и правила целостности. Если какое-либо из правил нарушено, транзакция может быть отменена.
- Завершение транзакции: Транзакция может быть завершена двумя способами:
- Коммит (Commit): Если все операции выполнены успешно и целостность данных соблюдена, транзакция завершается коммитом, и все изменения сохраняются в базе данных.
- Откат (Rollback): Если произошла ошибка или целостность данных нарушена, транзакция откатывается, и все изменения отменяются, возвращая базу данных в состояние до начала транзакции.
Примеры использования транзакций
Транзакции широко используются в различных сценариях, например:
- Банковские операции: При переводе денег с одного счета на другой необходимо убедиться, что сумма списана с одного счета и зачислена на другой. Оба действия должны быть частью одной транзакции.
- Электронная коммерция: При оформлении заказа в интернет-магазине необходимо выполнить несколько операций: уменьшить количество товара на складе, обновить информацию о заказе и обработать платеж. Все эти операции должны быть выполнены в рамках одной транзакции.
- Управление запасами: При поступлении товара на склад необходимо обновить записи о наличии и провести бухгалтерский учет. Если одна из операций не удалась, необходимо откатить все изменения.
Заключение
Принципы ACID являются основополагающими для обеспечения надежности, целостности и устойчивости транзакций в реляционных базах данных. Они помогают избежать потери данных, нарушений целостности и других проблем, которые могут возникнуть при параллельной обработке транзакций. Важно отметить, что реализация этих принципов может варьироваться в зависимости от используемой базы данных и ее конфигурации, но их соблюдение является критически важным для поддержания надежной работы систем управления базами данных.