データを守るACID特性

データを守るACID特性

不分割な処理

ある作業をいくつかの小さな作業に分割して行う場合を考えてみましょう。分割したそれぞれの作業は、全体の一部なので、すべてが完了して初めて本来の作業が完了します。しかし、作業途中に問題が発生し、ある一部分だけが完了し、残りが未完了という状態になるかもしれません。このような状態は、様々な問題を引き起こす可能性があります。例えば、銀行口座から別の口座にお金を送る作業を考えてみましょう。この作業は、「送る側の口座からお金を引き出す」作業と、「受け取る側の口座にお金を入金する」作業に分割できます。もし、「送る側の口座からお金を引き出す」作業だけが完了し、「受け取る側の口座にお金を入金する」作業が完了しなかった場合、お金が消えてしまうことになります。このような問題を防ぐために、分割した作業を全体としてまとめて扱う必要があります。つまり、すべての作業が完了するか、あるいは全く作業が行われていない状態かのどちらかしか存在しないようにする必要があります。これを「分割できない処理」と呼びます。分割できない処理では、作業全体が成功するか失敗するかの二択になり、中途半端な状態はありえません。データベースのような情報を管理する仕組みでは、この分割できない処理が非常に重要です。分割できない処理のおかげで、途中で問題が発生しても、情報の状態が壊れることなく、常に正しい状態を保つことができます。まるで、物質を構成する最小単位である原子のように、分割できない処理は情報処理の基礎単位として、情報の安全性を守る上で大切な役割を果たしているのです。

整合性を保つ

情報を扱う上では、情報の正しさを保つことがとても大切です。これを整合性を保つと言います。整合性が保たれているとは、ある作業の前後で、情報に矛盾がなく、常に正しい状態が保たれていることを意味します。

たとえば、倉庫にある商品の数を記録するシステムを考えてみましょう。商品の数は、売れたり入荷したりするたびに変わりますが、どんな時でも、記録されている数は現実に倉庫にある数と一致していなければなりません。また、商品の数は決して０より少なくなることはありません。このような、情報が満たすべき決まりごとを、制約と言います。整合性が保たれているシステムでは、どんな作業をしても、これらの制約が破られることはありません。

作業を例に考えてみましょう。誰かが商品を３つ買おうとしたとします。もし、倉庫の在庫が２つしかない場合、この作業は実行できません。もし無理やり実行してしまうと、在庫数が-1というあり得ない状態になってしまいます。整合性を保つためには、このような矛盾が生じる操作は拒否しなければなりません。注文を受け付ける前に在庫数を確認し、在庫が足りなければ注文を断る必要があります。

整合性が保たれているシステムでは、作業が終わった時点で、情報は必ず正しい状態になっています。これは、情報の信頼性を保つ上で非常に重要です。もし整合性が保たれていないと、システムの動きがおかしくなったり、間違った情報に基づいて判断を下してしまう危険性があります。そのため、情報を扱うシステムは、整合性を保つための様々な工夫が凝らされています。

独立した処理

複数の仕事が同時に進められている場面を想像してみてください。それぞれの仕事は、他の仕事に邪魔されることなく、まるで単独で進められているかのように行われることが理想的です。これを仕事の独立性と言います。独立性があるおかげで、複数の仕事が互いに影響し合うことなく、スムーズに進むことができます。

例えば、多くの人が同じ品物を買おうとしている場面を考えてみましょう。独立性が保たれていれば、それぞれの人は他の人に邪魔されることなく、買いたいものを買うことができます。ある人が品物を買い物かごに入れたとしても、他の人が同じ品物を買う機会はまだ残されています。

もし独立性がなければ、どうなるでしょうか。ある人の購入手続きが途中で止まってしまったり、他の人が同じ品物を買おうとした時に最初の人の手続きが消えてしまったりするかもしれません。そうなると、商品の在庫数や購入履歴といった情報に誤りが生じる恐れがあります。独立性は、このような情報の混乱を防ぐ上で非常に重要です。

情報処理のシステムでは、同時実行制御という仕組みを使って独立性を実現しています。この仕組みは、複数の仕事を安全に同時進行させるための工夫です。複数の仕事が互いに干渉しないように調整することで、システム全体の処理速度を上げ、効率的な作業を可能にします。

例として、銀行の預金口座への入金と引き出しを考えてみましょう。複数の利用者が同時に同じ口座にアクセスする場合、独立性がなければ、入金と引き出しの処理が競合し、残高が正しく計算されない可能性があります。同時実行制御を用いることで、各処理を順番に実行したり、処理が互いに干渉しないように調整することで、データの整合性を保ち、正確な残高を維持することができます。このように、独立性は情報システムの信頼性を支える重要な要素となっています。

永続的な保管

一度きちんと終わった作業の結果は、何が起きても消えてはいけない、これが永続的な保管、つまり耐久性です。たとえ電気が止まったり、機械が壊れたりしても、作業によって変わった情報は、機械が動き出した時にきちんと反映されている必要があります。この耐久性がしっかりしていれば、思いがけない困ったことが起きても、情報の消滅を防ぎ、機械の信頼性を保つことができます。

情報をずっと保管するために、色々な工夫がされています。例えば、作業記録帳のような仕組みに変更履歴をすべて書き込むことで、問題が起きた時に情報を元に戻せるようにしています。これは、銀行の預金記録のようなもので、一つ一つのお金の動きを記録することで、何かあった時に正確な残高を復元できるようにするのと似ています。

また、同じ情報を複数の場所に保存しておく方法や、定期的に情報を別の場所に写し取っておく方法なども、耐久性を高める大切な手段です。これは、大切な書類を保管する際に、原本とは別にコピーを別の場所に保管しておくのと似ています。原本が何らかの理由で失われてしまった場合でも、コピーがあれば情報を復元することができます。

これらの工夫によって、情報の安全を守り、機械が安定して動き続けることが可能になります。 こうした仕組みにより、私達は安心して機械を利用し、情報を預けることができるのです。まるで、頑丈な金庫に大切な宝物を保管するように、私達の情報は大切に守られています。だからこそ、私達は安心して日々の暮らしを送ることができるのです。

まとめ

「まとめ」とある通り、ここではデータベースの信頼性を支える重要な概念であるACID特性について、改めて整理してみたいと思います。ACID特性とは、複数の操作をまとめて一つの処理（トランザクション）として扱う際に、その信頼性を保証するための４つの性質の頭文字をとったものです。この４つの性質が、システムの安定稼働に欠かせない役割を果たしています。

まず「原子性」とは、トランザクションに含まれる全ての操作が完全に実行されるか、全く実行されないかのどちらかであることを保証する性質です。一部分だけが実行されて終わるような中途半端な状態は許されません。例えば、銀行口座間の送金処理で、片方の口座からお金が引き落とされたものの、もう片方の口座への入金がエラーで失敗した場合、原子性によって元の状態に戻され、お金が宙に浮く事態は防がれます。

次に「一貫性」とは、トランザクションの実行前と実行後で、データベースの状態が常に矛盾なく一貫していることを保証する性質です。例えば、銀行口座の残高がマイナスになるような操作は、一貫性によって拒否されます。これにより、データベース内のデータの整合性が常に保たれます。

三つ目の「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、互いに干渉することなく、それぞれ独立して処理されることを保証する性質です。これは、多くの利用者が同時にシステムにアクセスする状況で特に重要です。例えば、複数の利用者が同時に同じ商品の在庫数を変更しようとした場合でも、独立性によってデータの混乱を防ぎ、正しい結果が得られます。

最後に「耐久性」とは、一度正常に完了したトランザクションの結果は、システム障害などが発生しても失われることなく、永続的に保存されることを保証する性質です。例えば、停電などが発生した場合でも、データベースへの変更内容はしっかりと保存され、復旧後もデータが失われることはありません。

このように、ACID特性は金融機関のシステムや買い物サイトなど、データの正確性が求められるシステムにおいて必要不可欠です。ACID特性を理解することで、データベースがどのようにデータを保護し、安定したサービスを提供しているかを深く理解できます。そして、システムの設計や開発においてACID特性を考慮することは、高品質で信頼性の高いシステムを作る上で非常に重要です。