Свойства ACID в СУБД: полное руководство

Функции ACID используются системами управления базами данных (СУБД) для поддержания целостности и согласованности данных. Атомарность, согласованность, изоляция и долговечность (ACID) являются базовыми концепциями, обеспечивающими транзакционную целостность базы данных. Для разработчиков, работающих с реляционными системами баз данных, понимание характеристик ACID имеет решающее значение.

Что такое свойства ACID в СУБД?

Свойства ACID ссылаются на четыре ключевых принципа: атомарность, согласованность, изоляция и долговечность. Они действуют как проверки и противовесы для транзакций базы данных свойств ACID, чтобы гарантировать точность и надежность.

• Атомарность: Этот принцип гласит, что транзакции базы данных должны быть либо все, либо ничего. Если транзакция не удалась, вся транзакция откатывается. Атомарность предотвращает частичные и неполные транзакции.
• Последовательность: Согласно этому свойству, в базу данных записываются только допустимые данные. Согласованность обеспечивает соблюдение ограничений целостности для поддержания точности и корректности данных.
• Изоляция: Независимое выполнение транзакций — основа изоляции. Изменения в одной транзакции не повлияют на другие, пока не будут зафиксированы. Изоляция поддерживает целостность данных в параллельных транзакциях.
• Прочность: Длительность гарантирует, что все совершенные транзакции навсегда записываются в базу данных. Они сохраняются даже после сбоя системы. Длительность обеспечивает возможность восстановления.

Соблюдение этих четырех свойств гарантирует надежность, точность и согласованность транзакций базы данных. Принципы ACID являются основными механизмами управления сложностями транзакций, сбоями и параллелизмом в системах баз данных.

А – Атомность

Атомарность требует, чтобы транзакции рассматривались как единая «единица работы». Вся последовательность транзакционных операций завершается или терпит неудачу как единое целое. Частичного успеха или неудачи не существует.

Например, перевод денег с одного банковского счета включает в себя несколько шагов:

• Дебетовать сумму X со счета A
• Сумма кредита X на счет B

Согласно атомарности, либо все операции дебета и кредита завершаются успешно, либо все они терпят неудачу. Если дебет проходит успешно, но кредит по какой-либо причине не удается, вся транзакция откатывается. Атомарность гарантирует отсутствие частичных или неполных транзакций.

Атомарность предотвращает нежелательные обновления данных из незавершенных транзакций. Без нее дебет может сохраняться, а кредит не может быть получен, что приводит к несогласованности данных. Отменяя частичные транзакции, атомарность поддерживает согласованность базы данных.

С – Последовательность

Свойство согласованности гарантирует, что в базу данных записываются только допустимые данные. Перед фиксацией транзакции выполняются проверки согласованности для поддержания ограничений базы данных и бизнес-правил.

Например, транзакция по зачислению 5000 на банковский счет с текущим балансом 3000 является недействительной, если на счете установлен лимит овердрафта 1000. Транзакция нарушает согласованность, превышая допустимый лимит счета. Поэтому она блокируется и отменяется.

Обеспечение согласованности предотвращает повреждение данных и недействительные записи. Только транзакции, соответствующие правилам согласованности, обязуются поддерживать точность данных. Реальные бизнес-ограничения моделируются в базе данных посредством согласованности.

Я – Изоляция

Изоляция поддерживает независимость транзакций базы данных. Незафиксированные транзакции изолируются с помощью механизмов блокировки для предотвращения грязных чтений или потерянных обновлений.

Например, если транзакция T1 обновляет строку, транзакция T2 должна ждать, пока T1 не зафиксирует или не откатится. Изоляция не позволяет T2 читать ненадежные данные, обновленные T1, но еще не зафиксированные.

Изоляция позволяет избежать таких проблем параллелизма, как:

• Грязное чтение — чтение незафиксированных данных из других транзакций.
• Потерянные обновления — перезапись незафиксированных обновлений другой транзакции.
• Неповторяющиеся чтения — один и тот же запрос дает разные результаты в разных транзакциях.

Благодаря изоляции транзакций поддерживается согласованность, несмотря на параллельное выполнение и обновления. Изменения остаются изолированными до тех пор, пока не станут постоянными.

Д – Долговечность

Устойчивость обеспечивает гарантии сохранения для зафиксированных транзакций. Система сохраняет изменения после фиксации транзакции, даже если она позже падает. Устойчивость достигается с помощью резервного копирования базы данных, журналов транзакций и дискового хранилища.

Например, если транзакция обновляет адрес клиента, долговечность гарантирует, что обновленный адрес не будет утерян из-за сбоя жесткого диска или отключения питания. Изменение будет сохраняться с помощью устройств хранения, резервных копий и журналов.

Устойчивость гарантирует, что транзакции, однажды зафиксированные, будут существовать постоянно. Сбой оборудования, отключение питания и даже сбои базы данных не отменят зафиксированные транзакции благодаря поддержке устойчивости.

Использование свойств ACID

Вот некоторые основные применения свойств ACID в СУБД:

• Поддерживать ограничения целостности, определенные в схеме базы данных
• Предотвращайте аномалии параллельных транзакций, такие как грязные, неповторяющиеся и фантомные чтения.
• Обеспечить надежную возможность восстановления после сбоев системы и сбоев базы данных
• Обеспечить общую согласованность базы данных после каждой транзакции
• Исключить частичные или неудачные записи в базу данных
• Обеспечивать соблюдение бизнес-правил и целостности отношений
• Поддержка аудита и соответствия нормативным требованиям

Свойства ACID обеспечивают надежность транзакций, несмотря на сбои, параллельность и человеческие ошибки.

Преимущества и недостатки свойств ACID в СУБД

Преимущества свойств ACID

• Сохранение согласованности данных
• Гарантия целостности транзакций
• Обеспечить отказоустойчивость и восстановление за счет долговечности
• Включить управление параллелизмом между транзакциями посредством изоляции
• Поддерживайте ограничения и бизнес-правила посредством последовательности
• Устранение частичных транзакций с помощью атомарности

Недостатки свойств ACID

• Привести к накладным расходам на обработку и снижению пропускной способности
• Причина низкой производительности в системах OLTP с большим объемом данных
• Ограничение масштабируемости из-за ограничительной блокировки
• Уменьшить доступность, блокируя транзакции для поддержания изоляции
• Сделать распределенные транзакции более сложными

Свойства ACID имеют значительные преимущества, но также и компромиссы производительности. Настройка уровней изоляции и использование альтернативных баз данных NoSQL могут помочь смягчить недостатки.

Заключение

Свойства ACID обеспечивают надежность транзакций базы данных, поддерживая атомарность, согласованность, изоляцию и долговечность. Они предотвращают повреждение базы данных плохими транзакциями и обеспечивают возможность восстановления после сбоев. Однако они также приводят к снижению производительности из-за ограничений параллелизма. Несмотря на свои ограничения, принципы ACID необходимы для любой надежной системы управления базами данных.

Если вы хотите еще больше улучшить свои навыки в области облачных вычислений, мы рекомендуем вам ознакомиться с программой профессиональной сертификации Simplilearn в области облачных вычислений и DevOps. Эта программа, в сотрудничестве с IIT Guwahati, поможет вам отточить нужные навыки и подготовиться к работе в кратчайшие сроки.

Если у вас есть вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами сегодня. Наша команда ответит вам в ближайшее время.

Часто задаваемые вопросы

1. Каковы свойства ACID в СУБД?

Это означает Атомарность, Согласованность, Изоляция и Долговечность. Это набор свойств, которые гарантируют надежное выполнение транзакций базы данных. Свойства ACID гарантируют, что транзакции базы данных обрабатываются точно и без помех.

2. Почему свойства ACID используются в базах данных?

Свойства ACID обеспечивают согласованность, целостность и восстанавливаемость в базах данных. Следуя принципам ACID, базы данных могут поддерживать точность данных, несмотря на сбои, ошибки и параллельные транзакции. ACID обеспечивает надежную обработку сложных транзакционных рабочих нагрузок.

3. Какой пример ACID можно привести в СУБД?

Банковский перевод со счета A на счет B демонстрирует свойства ACID. Дебетование со счета A и зачисление на счет B должны либо полностью успешно завершиться, либо полностью потерпеть неудачу в соответствии с атомарностью. Согласованность гарантирует, что на счете A имеется достаточный баланс. Изоляция поддерживает независимость от других переводов. Долговечность гарантирует, что перевод сохранится после сбоев.