Транзакции ACID

Транзакции ACID гарантируют, что группа операций с базой данных ведет себя как единая, надежная единица, которая является атомарной, сохраняющей согласованность, изолированной от других транзакций и устойчивой после фиксации.

Definition

Транзакция — это единица работы, состоящая из одной или нескольких операций с базой данных, которые система выполняет с гарантиями ACID: атомарность, согласованность, изоляция и долговечность; она завершается либо фиксацией (делая свои эффекты постоянными), либо отменой (отменяя все свои эффекты).

Scope

Эта тема подробно рассматривает абстракцию транзакций и четыре свойства ACID: атомарность (фиксация или откат по принципу «все или ничего»), согласованность (каждая транзакция переводит базу данных из одного допустимого состояния в другое), изоляцию (одновременные транзакции не мешают друг другу наблюдаемым образом) и долговечность (зафиксированные эффекты сохраняются при сбоях). В ней рассматриваются семантика фиксации и отката, а также то, как эти свойства связаны с управлением параллелизмом и восстановлением. Она исключает конкретные протоколы, реализующие изоляцию и долговечность, которые являются смежными темами.

Core questions

• Что гарантирует каждое из свойств ACID?
• Как фиксация и откат определяют поведение транзакции по принципу «все или ничего»?
• Как изоляция связана с сериализуемостью и управлением параллелизмом?
• Как достигается долговечность, несмотря на сбои системы?
• Каковы ограничения транзакционной модели для длительных или распределенных работ?

Key concepts

• единица работы транзакции
• атомарность
• согласованность
• изоляция
• долговечность
• фиксация и откат
• откат
• модель состояния транзакции

Key theories

Атомарность и долговечность

Атомарность гарантирует, что эффекты транзакции применяются полностью или не применяются вовсе, даже при сбоях, а долговечность гарантирует, что после фиксации транзакции ее изменения сохраняются при сбоях; обе реализуются посредством журналирования и восстановления.

Согласованность и изоляция

Согласованность требует, чтобы каждая зафиксированная транзакция сохраняла ограничения целостности базы данных, а изоляция требует, чтобы параллельные транзакции давали результаты, эквивалентные некоторому последовательному порядку, скрывая промежуточные состояния друг от друга.

Концепция транзакций и ее ограничения

Абстракция транзакций упрощает рассуждения о сбоях и параллелизме, но Грей отметил ограничения для длительных действий и между системными границами, что послужило стимулом для последующей работы над сагами и распределенными транзакциями.

Clinical relevance

Транзакции ACID — это причина, по которой базам данных можно доверять критически важные операции: перевод средств, списание запасов или бронирование либо завершается полностью, либо не завершается вовсе и переживает сбои, поэтому транзакционные базы данных являются основой банковских, коммерческих и учетных систем.

History

Джим Грей сформулировал концепцию транзакций, их достоинства и ограничения в 1981 году; Хардер и Ройтер ввели аббревиатуру ACID в своем обзоре восстановления, ориентированного на транзакции, в 1983 году. Эти идеи, разработанные вокруг IBM System R, стали стандартной моделью надежной обработки данных и сформировали каждую последующую систему баз данных.

Key figures

• Jim Gray
• Andreas Reuter
• Theo Härder

Seminal works

• gray1981
• haerder1983
• gray1992

Frequently asked questions

В чем разница между согласованностью в ACID и согласованностью в теореме CAP?

Это разные понятия. Согласованность ACID означает, что транзакция сохраняет ограничения целостности базы данных, переводя ее между допустимыми состояниями. Согласованность CAP относится к тому, что все реплики в распределенной системе согласуются с последним значением. Система может удовлетворять одному без другого, поэтому одно и то же слово обозначает различные свойства в двух контекстах.

Являются ли свойства ACID независимыми друг от друга?

Они являются концептуально различными гарантиями, но реализуются с помощью перекрывающихся механизмов. Атомарность и долговечность обеспечиваются журналированием и восстановлением; изоляция обеспечивается управлением параллелизмом; а согласованность сохраняется совместно логикой транзакций приложения и обеспечением системой трех других свойств.