Transaction - ACID

• Các hệ thống dữ liệu trong thực tế, có thể xảy ra nhiều sai sót:
  • Phần mềm hoặc phần cứng của cơ sở dữ liệu (database) có thể bị lỗi bất cứ lúc nào (kể cả khi đang có hành động ghi dữ liệu vào database).
  • Ứng dụng có thể gặp sự cố (kể cả khi đang thực hiện một loạt các hành động giữa chừng).
  • Sự gián đoạn trong mạng có thể làm mất kết nối ứng dụng khỏi database một cách bất ngờ hoặc một node database này khỏi node database khác.
  • Một số máy khách có thể ghi vào cơ sở dữ liệu cùng một lúc, ghi đè các thay đổi của nhau.
  • Client có thể đọc dữ liệu không chính xác vì nó mới chỉ được cập nhật một phần.

Để đáng tin cậy, một hệ thống phải xử lý những lỗi này và đảm bảo rằng chúng không gây ra sự cố nghiêm trọng cho toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên, việc thực hiện các cơ chế chịu lỗi rất phức tạp và tốn công. Nó đòi hỏi nhiều suy nghĩ cẩn thận về tất cả những sai sót có thể xảy ra và rất nhiều thử nghiệm để đảm bảo rằng giải pháp thực sự hoạt động.

Trong nhiều thập kỷ, trasaction (giao dịch) là cơ chế được lựa chọn để đơn giản hóa những vấn đề này. Hiểu đơn giản giao dịch là cách nhóm nhiều hành động đọc và ghi dữ liệu lại với nhau thành một đơn vị logic. Về mặt khái niệm, tất cả các thao tác đọc và ghi trong một giao dịch được thực hiện như một hoạt động: toàn bộ giao dịch thành công (commit) hoặc không thành công (abort, rollback). Nhờ các giao dịch, việc xử lý lỗi trở nên đơn giản hơn nhiều cho một ứng dụng, vì ứng dụng không cần phải lo lắng về lỗi một phần — tức là trường hợp một số hành động thao tác với dữ liệu thành công và một số hành động không thành công (vì bất kỳ lý do gì). Mặc dù thoạt nhìn các giao dịch có vẻ đơn giản, nhưng trước tiên chúng ta cần hiểu chính xác các giao dịch đảm bảo an toàn cho dữ liệu như thế nào và những chi phí đi kèm theo đó.

Hầu như tất cả các cơ sở dữ liệu quan hệ ngày nay và một số cơ sở dữ liệu không quan hệ (NOSQL) đều hỗ trợ các giao dịch. Hầu hết chúng tuân theo phong cách được giới thiệu vào năm 1975 bởi IBM Sys‐ tem R, cơ sở dữ liệu SQL đầu tiên. Mặc dù một số chi tiết triển khai đã thay đổi, nhưng ý tưởng chung vẫn giữ nguyên trong 40 năm: giao dịch trong MySQL, PostgreSQL, Oracle, SQL Server, v.v., tương tự như giao dịch trong System R. Vào cuối những năm 2000, cơ sở dữ liệu không quan hệ (NoSQL) bắt đầu trở nên phổ biến. NoSQL ra đời nhằm mục đích cải thiện các nhược điểm của cơ sở dữ liệu quan hệ bằng cách đưa ra các mô hình dữ liệu mới, đi cùng với các khái niệm về replication và partitioning. Các giao dịch là điểm yếu chính của sự chuyển đổi này: nhiều cơ sở dữ liệu thế hệ mới này đã từ bỏ hoàn toàn các giao dịch hoặc định nghĩa lại tập các đảm bảo mà yếu hơn nhiều so với trước đây. Xung quanh sự xuất hiện của các cơ sở dữ liệu phân tán mới này, nhiều người tin rằng các giao dịch và khả năng mở rộng không thể đi cùng nhau và bất kỳ hệ thống quy mô lớn nào cũng sẽ phải từ bỏ các giao dịch để duy trì hiệu suất tốt và tính sẵn sàng cao. Ở một ý kiến khác, đảm bảo giao dịch đôi khi được các nhà cung cấp cơ sở dữ liệu đưa ra như là một yêu cầu thiết yếu đối với “các ứng dụng nghiêm túc” và “dữ liệu có giá trị”. Cả hai quan điểm đều hơi thái quá. Sự thật không đơn giản như vậy: giống như mọi lựa chọn thiết kế kỹ thuật khác, giao dịch có những ưu điểm và hạn chế. Để hiểu những đánh đổi đó, hãy đi vào chi tiết về các đảm bảo mà giao dịch có thể cung cấp.

Các đảm bảo an toàn được cung cấp bởi các giao dịch thường được mô tả bằng từ viết tắt ACID, chúng là Atomicity, Consistency, Isolation và Durability, được đặt ra vào năm 1983 bởi Theo Härder và Andreas Reuter. Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về các khái niệm này.

Atomicity (Tính nguyên tử)
Nguyên tử dùng để chỉ một thứ không thể chia nhỏ thành các phần nhỏ hơn. Trong ngữ cảnh một giao dịch, Một giao dịch có nhiều thao tác khác biệt thì hoặc là toàn bộ các thao tác hoặc là không một thao tác nào được hoàn thành. Chẳng hạn việc chuyển tiền có thể thành công hay trục trặc vì nhiều lý do nhưng tính nguyên tố bảo đảm rằng một tài khoản sẽ không bị trừ tiền nếu như tài khoản kia chưa được cộng số tiền tương ứng.

Consistency (Tính nhất quán)
Một giao dịch hoặc là sẽ tạo ra một trạng thái mới và hợp lệ cho dữ liệu, hoặc trong trường hợp có lỗi sẽ chuyển toàn bộ dữ liệu về trạng thái trước khi thực thi giao dịch.

Isolation (Tính độc lập)
Một giao dịch đang thực thi và chưa được xác nhận phải bảo đảm tách biệt khỏi các giao dịch khác. Các sách giáo khoa về cơ sở dữ liệu cổ điển định nghĩa tính độc lập dưới dạng khả năng tuần tự hóa, có nghĩa là mỗi giao dịch có thể giả vờ rằng nó là giao dịch duy nhất chạy trên toàn bộ cơ sở dữ liệu

Durability (Tính bền vững)
Mục đích của hệ thống cơ sở dữ liệu là cung cấp một nơi an toàn, nơi dữ liệu có thể được lưu trữ mà không sợ bị mất đi. Tính bền vững là lời hứa rằng một khi giao dịch có kết quả thành công, bất kỳ dữ liệu nào nó đã ghi sẽ không bị mất đi, ngay cả khi có lỗi phần cứng hoặc cơ sở dữ liệu bị treo.

Kết luận:
Giao dịch là một lớp trừu tượng cho phép ứng dụng giả vờ rằng một số vấn đề về xử lý đồng thời và một số loại lỗi phần cứng và phần mềm không tồn tại. Ứng dụng chỉ cần đơn giản là hủy giao dịch lỗi và thực hiện lại.

Nhiều hệ thống NoSQL đã từ bỏ cơ chế giao dịch để đáp ứng khả năng mở rộng, tính sẵn sàng và hiệu năng. Không may, điều này có nghĩa là các ứng dụng sử dụng hệ thống dữ liệu đó hoặc cần phải thực hiện quản lý giao dịch của riêng nó - điều này là rất khó để triển khai chính xác - hoặc chấp nhận rằng dữ liệu của nó là gần đúng.

Nói chung, có nhiều thách thức khó khăn phát sinh nếu bạn cố gắng thực hiện các giao dịch trong các cơ sở dữ liệu phân tán. Tuy nhiên nó không nằm trong phạm vi của bài viết này. Have good day!