ACID

ACID — это фундаментальный набор свойств, обеспечивающий надежность и целостность транзакций в реляционных базах данных, включая PostgreSQL. Эти свойства играют критическую роль в гарантиях корректности данных, предотвращая их повреждение при сбоях или одновременных операциях множества пользователей.

Зачем нужен ACID?

В многопользовательских системах, где параллельно выполняются сотни и тысячи операций с базой данных, важно избежать потери или некорректного изменения данных. Например, банковские системы, электронная коммерция, медицинские базы и другие критически важные приложения требуют строгой гарантии корректности данных. ACID-правила обеспечивают:

Предотвращение частичного выполнения транзакций, что исключает неконсистентные состояния базы.
Защиту от конфликтов между параллельными операциями.
Гарантию долговечности данных, даже при сбоях оборудования или программного обеспечения.

Разбор ACID-свойств в PostgreSQL

1. Atomicity (Атомарность)
Атомарность гарантирует, что транзакция исполняется целиком или полностью отменяется, исключая частичное применение изменений. Это исключает ситуации, когда часть операций в рамках одной транзакции успешно завершена, а другая — нет, что могло бы привести к неконсистентным данным.

Как реализовано в PostgreSQL?

PostgreSQL использует механизм ROLLBACK, который позволяет отменять незавершенные транзакции в случае ошибки.
Операции в одной транзакции группируются, и если возникает ошибка, они автоматически откатываются к начальному состоянию.

Пример:

BEGIN;

UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;

UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;

COMMIT;

Если одно из обновлений завершится с ошибкой, вся транзакция отменится, и баланс не изменится частично.

2. Consistency (Согласованность)
Согласованность гарантирует, что данные в базе переходят только из одного согласованного состояния в другое. Все ограничения целостности должны быть соблюдены.

Как реализовано в PostgreSQL?

Использование ограничений: `PRIMARY KEY`, `FOREIGN KEY`, `CHECK`, `UNIQUE`.
Применение триггеров и правил для проверки данных.
Автоматическое приведение данных в допустимое состояние в рамках транзакций.

Пример:

CREATE TABLE orders (

id SERIAL PRIMARY KEY,

customer_id INT NOT NULL REFERENCES customers(id),

amount NUMERIC CHECK (amount > 0)

);

Если попытаться вставить amount = -50, PostgreSQL не позволит этого сделать, обеспечивая согласованность данных.

3. Isolation (Изолированность)
Изолированность предотвращает конфликты между параллельными транзакциями. В PostgreSQL для этого используется MVCC (Multi-Version Concurrency Control), позволяющий транзакциям работать с “снимками” данных, не блокируя их для других пользователей.

PostgreSQL поддерживает 4 уровня изоляции транзакций:

READ UNCOMMITTED (не используется по умолчанию).
READ COMMITTED (по умолчанию, предотвращает чтение незавершенных изменений).
REPEATABLE READ (гарантирует одинаковый результат выборки в рамках транзакции).
SERIALIZABLE (максимальная защита от конфликтов, но с возможными откатами транзакций).

Пример:

BEGIN TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

SELECT * FROM accounts WHERE id = 1;

-- В этот момент другой процесс изменяет данные, но эта транзакция видит старую версию.

COMMIT;

Таким образом, транзакции не мешают друг другу, но работают с актуальными данными.

4. Durability (Долговечность)
Долговечность гарантирует, что после завершения транзакции её изменения сохраняются, даже если система выходит из строя.

Как реализовано в PostgreSQL?

WAL (Write-Ahead Logging) — механизм, записывающий изменения в специальный журнал перед их применением.
Автоматическая репликация и резервное копирование, предотвращающие потерю данных.
Функция fsync, обеспечивающая запись данных на диск перед завершением транзакции.

Пример:

INSERT INTO transactions (account_id, amount) VALUES (1, 500);

COMMIT;

Даже если сервер упадёт сразу после COMMIT, данные будут сохранены благодаря WAL.

Вывод

ACID-правила в PostgreSQL обеспечивают надежность, согласованность и устойчивость к сбоям при работе с базами данных. Эти принципы делают PostgreSQL отличным выбором для критически важных систем, требующих высокой целостности данных.

Зачем нужен ACID?

Разбор ACID-свойств в PostgreSQL

Вывод