در دنیای پایگاه‌های داده، یک اصل مهم برای اطمینان از صحت و قابلیت اطمینان داده‌ها، ویژگی‌های ACID است. این چهار ویژگی تضمین می‌کنند که عملیات پایگاه داده به درستی انجام شده و هیچ‌گونه خرابی یا از دست رفتن اطلاعات رخ ندهد. در این مقاله، به زبان ساده توضیح می‌دهیم که ACID در پایگاه داده چیست? چرا مهم است و چگونه در پایگاه‌های داده پیاده‌سازی می‌شود. اگر تازه‌کار هستید یا می‌خواهید دانش خود را در مورد پایگاه‌های داده بهبود دهید، این راهنما برای شما مناسب است.
ACID در پایگاه داده چیست؟
ACID مخفف چهار ویژگی اصلی در سیستم‌های پایگاه داده است:
- Atomicity (اتمی بودن)
- Consistency (یکپارچگی)
- Isolation (ایزوله‌سازی)
- Durability (دوام)
این ویژگی‌ها به پایگاه داده کمک می‌کنند تا در برابر خرابی‌ها، قطعی‌های سیستم و مشکلات همزمانی مقاوم باشد.
Atomicity (اتمی بودن)
اتمی بودن به این معنی است که یک تراکنش پایگاه داده یا به‌طور کامل انجام می‌شود یا اصلاً انجام نمی‌شود. اگر در حین انجام یک تراکنش مشکلی پیش بیاید، کل عملیات به حالت اولیه بازمی‌گردد (Rollback).
مثال: فرض کنید در یک سیستم بانکی، علی می‌خواهد ۱ میلیون تومان به حساب رضا انتقال دهد. این تراکنش شامل دو مرحله است:
- کسر ۱ میلیون تومان از حساب علی
- افزودن ۱ میلیون تومان به حساب رضا
اگر در حین انجام این عملیات، سیستم خراب شود و فقط مرحله اول انجام شود، پول از حساب علی کم می‌شود ولی به حساب رضا واریز نمی‌شود. Atomicity تضمین می‌کند که در این شرایط، کل تراکنش لغو شده و هیچ تغییری اعمال نمی‌شود.
Consistency (یکپارچگی)
یکپارچگی تضمین می‌کند که پایگاه داده همیشه از یک وضعیت معتبر به وضعیت معتبر دیگری منتقل شود. به عبارت دیگر، هیچ تراکنشی نباید باعث شود که داده‌های پایگاه داده در یک وضعیت ناسازگار قرار بگیرند.
مثال: در همان مثال بانک، فرض کنید که مجموع کل موجودی حساب‌های بانکی قبل از تراکنش ۱۰ میلیون تومان است. پس از انجام تراکنش، مجموع کل موجودی‌ها باید همچنان ۱۰ میلیون تومان باقی بماند. اگر پس از تراکنش، مجموع کل به ۹ میلیون یا ۱۱ میلیون تومان تغییر کند، به این معنی است که یکپارچگی پایگاه داده نقض شده است.
Isolation (ایزوله‌سازی)
ایزوله‌سازی به این معنی است که تراکنش‌ها به‌صورت مستقل از یکدیگر اجرا شوند و نباید در حین اجرا، روی یکدیگر تأثیر بگذارند. پایگاه داده باید از اجرای همزمان تراکنش‌ها بدون تأثیر نامطلوب جلوگیری کند.
مثال: فرض کنید دو نفر همزمان تلاش می‌کنند تا مبلغ ۵ میلیون تومان را از حساب خود برداشت کنند، اما موجودی حساب فقط ۵ میلیون تومان است. اگر تراکنش‌ها ایزوله نباشند، ممکن است هر دو تراکنش به‌طور همزمان بررسی کنند که حساب دارای موجودی کافی است و هر دو تراکنش تأیید شوند. نتیجه این خواهد شد که مجموع برداشت‌ها ۱۰ میلیون تومان می‌شود درحالی‌که حساب فقط ۵ میلیون تومان موجودی دارد!
ایزوله‌سازی مانع از این وضعیت شده و ترتیب اجرای تراکنش‌ها را کنترل می‌کند تا مشکلی ایجاد نشود.
Durability (دوام)
دوام به این معناست که پس از تأیید یک تراکنش، داده‌های تغییر یافته باید به‌طور دائمی در پایگاه داده ذخیره شوند و حتی در صورت قطعی برق یا خرابی سیستم از بین نروند.
مثال: فرض کنید یک کاربر در یک فروشگاه اینترنتی سفارشی را ثبت کند و پرداخت خود را انجام دهد. اگر تراکنش او تأیید شده باشد، این سفارش حتی پس از قطع برق یا خرابی سیستم نباید از بین برود.
سیستم‌های پایگاه داده معمولاً با استفاده از لاگ‌ها (Journaling) یا روش‌هایی مانند Write-Ahead Logging (WAL) از دوام داده‌ها اطمینان حاصل می‌کنند.
دلایل اهمیت ACID
ویژگی‌های ACID تضمین می‌کنند که پایگاه داده مطمئن، قابل اعتماد و مقاوم در برابر خرابی‌ها باشد. در صورتی که ACID رعایت نشود، مشکلات متعددی ممکن است به وجود بیاید، از جمله:
- از دست رفتن داده‌ها در صورت قطعی برق یا خرابی سیستم
- ناهماهنگی داده‌ها در صورت اجرای ناقص تراکنش‌ها
- مشکلات همزمانی در تراکنش‌هایی که روی داده‌های مشابه عمل می‌کنند
به همین دلیل، پایگاه‌های داده مدرن مانند MySQL، PostgreSQL، Oracle و SQL Server از ACID پشتیبانی می‌کنند.
راه های پیاده سازی ACID در پایگاه داده چیست؟
برای اطمینان از رعایت ACID، پایگاه‌های داده از تکنیک‌های مختلفی استفاده می‌کنند:
Atomicity: از طریق مکانیزم‌های Rollback و Commit مدیریت می‌شود.
Consistency: از طریق محدودیت‌ها (Constraints) مانند کلیدهای اولیه (Primary Key) و کلیدهای خارجی (Foreign Key) تضمین می‌شود.
Isolation: با استفاده از سطوح ایزوله‌سازی مختلف مانند Read Committed، Repeatable Read و Serializable مدیریت می‌شود.
Durability: از طریق مکانیزم‌هایی مانند Write-Ahead Logging (WAL) یا Snapshotting پیاده‌سازی می‌شود.
کدام پایگاه‌های داده از ACID پشتیبانی می‌کنند؟
بسیاری از پایگاه‌های داده مدرن از ویژگی‌های ACID پشتیبانی می‌کنند تا از صحت و یکپارچگی داده‌ها اطمینان حاصل کنند. برخی از مهم‌ترین پایگاه‌های داده که از ACID پشتیبانی می‌کنند عبارتند از:
- MySQL (در صورت استفاده از موتور InnoDB)
- PostgreSQL
- Oracle Database
- Microsoft SQL Server
- IBM Db2
- MariaDB (در صورت استفاده از موتور InnoDB)
این پایگاه‌های داده از مکانیزم‌هایی مانند تراکنش‌ها، لاگ‌های تراکنشی و سطوح ایزوله‌سازی برای پیاده‌سازی ACID استفاده می‌کنند.
ویژگی‌های ACID یکی از مهم‌ترین مفاهیم در پایگاه‌های داده هستند که صحت و قابلیت اطمینان داده‌ها را تضمین می‌کنند. اگر یک پایگاه داده از این ویژگی‌ها پشتیبانی نکند، داده‌های مهم و حیاتی ممکن است در معرض خطر قرار بگیرند و باید در سطح اپلیکیشن مدیریت شود.
در این مقاله، به‌طور کامل ویژگی‌های ACID را بررسی کردیم و مثال‌هایی برای درک بهتر آن‌ها ارائه دادیم. اگر قصد دارید در زمینه پایگاه‌های داده مهارت کسب کنید، درک این مفاهیم ضروری است. حال که دریافتید ACID در پایگاه داده چیست می توانید از دیگر مقالات سایت ایوولرن دیدن کنید.