トランザクションとは？

投稿者: | 2024年11月24日
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トランザクションは、データベースにおいて一連の操作を1つの単位として扱う処理を指します。この一連の操作は、すべてが成功するか、あるいはすべてが失敗する（ロールバックされる）かのいずれかで実行されるため、データの整合性と一貫性を保つことができます。

トランザクションは特に、銀行の振込処理や在庫管理システムのような重要なデータを扱うシステムで不可欠な仕組みです。

1. トランザクションの主な特性（ACID特性）

トランザクションは、以下の4つの特性を持ちます。これをACID特性と呼びます。

特性説明
原子性（Atomicity）トランザクションのすべての操作が完全に実行されるか、まったく実行されないかのどちらかである。
一貫性（Consistency）トランザクションが終了した後、データベースの状態が整合性のある状態を保つ。
独立性（Isolation）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せず、結果が矛盾しない。
永続性（Durability）トランザクションが成功した場合、その結果は障害が発生しても永続的に保存される。

2. トランザクションの操作（SQLでの制御）

トランザクションは、通常以下のコマンドを使用して制御します。

2.1. トランザクションの開始

  • BEGIN TRANSACTION または START TRANSACTION
    • トランザクションの開始を明示的に宣言します。
    BEGIN TRANSACTION;

2.2. 変更の確定

  • COMMIT
    • トランザクション内のすべての操作を確定し、データベースに永続化します。
    COMMIT;

2.3. 変更の取り消し

  • ROLLBACK
    • トランザクション内のすべての操作をキャンセルし、変更を元に戻します。
    ROLLBACK;

2.4. 自動コミットの制御

  • デフォルトでは多くのデータベースで自動コミット（SQL文ごとに即時確定）が有効です。以下のコマンドで制御可能です。
    • 自動コミット無効化: SET AUTOCOMMIT = 0;
    • 自動コミット有効化: SET AUTOCOMMIT = 1;

3. トランザクションの実行例

以下は、商品購入処理をトランザクションで実行する例です。

BEGIN TRANSACTION;

-- 在庫を減らす
UPDATE products
SET stock = stock - 1
WHERE product_id = 123;

-- 購入履歴を記録
INSERT INTO purchase_history (user_id, product_id, purchase_date)
VALUES (456, 123, NOW());

-- すべて成功したら確定
COMMIT;

失敗した場合は、変更を取り消します。

ROLLBACK;

4. トランザクション分離レベル（Isolation Levels）

トランザクションの独立性（Isolation）を制御するために、データベースは分離レベルを提供します。分離レベルが高いほど、トランザクション間の干渉が少なくなりますが、パフォーマンスに影響する場合があります。

分離レベル特徴問題点を防止
READ UNCOMMITTED他のトランザクションがコミットしていない変更を読み取ることが可能（ダーティリード）。×
READ COMMITTED他のトランザクションがコミット済みの変更のみを読み取る。ダーティリード防止
REPEATABLE READトランザクション内で同じクエリの結果が常に一定。ダーティリード、反復読防止
SERIALIZABLEすべてのトランザクションを直列実行するかのように動作し、最も高い分離レベルを提供。すべて防止

設定例（MySQLの場合）:

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

5. トランザクションを活用する理由

5.1. データの整合性を確保

  • 複数の関連する操作を1つの単位として扱うため、途中でエラーが発生してもデータが不整合になることを防ぎます。

5.2. 一貫性のあるデータ提供

  • 同時実行トランザクションが互いに干渉しないようにすることで、正確なデータを提供します。

5.3. ロールバックによるリスク回避

  • エラーや障害が発生した場合でも、ロールバック機能により簡単に変更を取り消すことが可能です。

6. トランザクションの注意点と課題

6.1. デッドロック

  • 2つ以上のトランザクションが互いにロックを解除できずに待機状態になる現象。
    • 対策: トランザクションの順序を統一する、分離レベルを調整する。

6.2. パフォーマンス

  • 高い分離レベル（例: SERIALIZABLE）は、同時実行性を低下させる可能性がある。
    • 対策: 必要に応じて分離レベルを調整。

6.3. 適切なコミットとロールバック

  • トランザクションを適切に終了しないと、ロックが解除されず、他のトランザクションが進行できなくなる。
    • 対策: 明示的なコミットやロールバックを徹底する。

7. トランザクションが使われるシステム例

7.1. 銀行システム

  • 振込処理（送金元の残高減少と送金先の残高増加を1つのトランザクションとして扱う）。

7.2. ECサイト

  • 注文処理（在庫数の更新、購入履歴の記録、決済情報の保存）。

7.3. 会計システム

  • 複数の勘定科目の貸借バランスを一貫性のある状態で記録。

8. トランザクションの実装例（Pythonでの実装）

多くのデータベースライブラリでは、トランザクションを簡単に操作できます。以下はPythonのsqlite3を使用した例です。

import sqlite3

# データベース接続
conn = sqlite3.connect('example.db')

try:
    # トランザクション開始
    conn.execute("BEGIN TRANSACTION;")
    
    # データベース操作
    conn.execute("UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE product_id = 123;")
    conn.execute("INSERT INTO purchase_history (user_id, product_id, purchase_date) VALUES (456, 123, DATE('now'));")
    
    # トランザクション確定
    conn.commit()
except Exception as e:
    # エラー発生時にロールバック
    conn.rollback()
    print(f"Error occurred: {e}")
finally:
    conn.close()

9. まとめ

トランザクションは、データベースの整合性と一貫性を確保するための強力な仕組みです。特に、データの信頼性が重要なシステムでは欠かせない機能です。トランザクション管理を適切に活用することで、データベースの安定性やセキュリティを向上させることができます。

開発者は、トランザクションのACID特性を理解し、分離レベルや適切なコミット/ロールバックの運用を習得することで、より信頼性の高いシステムを構築できます。

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