ACID

TL;DR

ACID — набор из четырёх свойств транзакций в СУБД: Atomicity (атомарность), Consistency (согласованность), Isolation (изолированность), Durability (долговечность). Гарантирует корректность данных даже при сбоях и параллельном доступе.

Краткое определение

ACID — аббревиатура, описывающая четыре ключевых свойства транзакционных систем: атомарность (всё или ничего), согласованность (данные в допустимом состоянии), изоляция (параллельные транзакции не мешают друг другу), долговечность (после коммита данные не теряются).

Оригинал и перевод

• Язык: английский
• Оригинал: ACID
• Расшифровка: Atomicity, Consistency, Isolation, Durability
• Буквальный перевод: атомарность, согласованность, изоляция, долговечность
• Автор термина: Андреас Рейтер (Andreas Reuter), 1983 год

Четыре свойства ACID

1️⃣ Atomicity (Атомарность)

Транзакция выполняется полностью или не выполняется вовсе.

Если любая часть транзакции падает — отменяется вся транзакция целиком.

Пример:

BEGIN TRANSACTION;

-- Перевод денег между счетами
UPDATE accounts SET balance = balance - 1000 WHERE id = 1;  -- Снять со счёта 1
UPDATE accounts SET balance = balance + 1000 WHERE id = 2;  -- Зачислить на счёт 2

-- Если второй UPDATE упадёт — первый будет отменён
COMMIT;

Реализация: WAL (Write-Ahead Logging), two-phase commit

2️⃣ Consistency (Согласованность)

Транзакция переводит данные из одного допустимого состояния в другое.

Все ограничения (constraints), триггеры и правила соблюдаются.

Пример:

-- Ограничение: баланс не может быть отрицательным
ALTER TABLE accounts ADD CONSTRAINT balance_non_negative 
CHECK (balance >= 0);

-- Эта транзакция будет отклонена, если нарушит CHECK
UPDATE accounts SET balance = balance - 5000 WHERE id = 1;
-- ERROR: check constraint "balance_non_negative" violated

Реализация: foreign keys, unique constraints, check constraints, триггеры

3️⃣ Isolation (Изоляция)

Параллельные транзакции не влияют друг на друга.

Каждая транзакция «видит» данные так, как будто выполняется одна.

Уровни изоляции (от слабого к сильному):

Пример проблемы (Dirty Read):

Транзакция A: UPDATE accounts SET balance = 100 WHERE id = 1;  (ещё не COMMIT)
Транзакция B: SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;       ← Видит 100!
Транзакция A: ROLLBACK;                                         ← А данных уже нет

Реализация: MVCC (Multi-Version Concurrency Control), блокировки

4️⃣ Durability (Долговечность)

После COMMIT изменения не теряются даже при сбое.

Даже если сервер упадёт через секунду после коммита — данные сохранятся.

Пример:

BEGIN;
UPDATE orders SET status = 'paid' WHERE id = 123;
COMMIT;  ← С этой секунды данные сохранены навсегда

-- Сервер падает через 1 секунду...
-- После перезапуска: status = 'paid' на месте

Реализация: WAL, fsync, репликация на диск, RAID

Где используется

• Реляционные СУБД: PostgreSQL, MySQL, MariaDB, Oracle, SQL Server
• Финансовые системы: платежи, переводы, инвойсы
• Системы учёта: склад, заказы, инвентарь
• Распределённые транзакции: двухфазный коммит (2PC)

Когда это важно

ACID критичен в следующих сценариях:

• Платежи и финансы — нельзя потерять деньги или создать дубль
• Заказы и инвентарь — согласованность остатков на складе
• Регистрация пользователей — уникальность email/username
• Аудит и логирование — данные не должны теряться

ACID в PostgreSQL vs MySQL

По умолчанию:

• PostgreSQL: READ COMMITTED
• MySQL InnoDB: REPEATABLE READ

CAP теорема и ACID

CAP теорема: в распределённой системе нельзя одновременно обеспечить:

• Consistency (согласованность)
• Availability (доступность)
• Partition tolerance (устойчивость к разделению)

ACID vs BASE:

BASE: Basically Available, Soft state, Eventual consistency

Типичные ошибки

• ❌ Игнорирование уровней изоляции — по умолчанию не всегда подходит
• ❌ Длинные транзакции — блокировки держатся слишком долго
• ❌ Отсутствие индексов на foreign keys — блокировки таблиц
• ❌ N+1 запрос в транзакции — тысячи мелких запросов вместо одного
• ❌ ACID и NoSQL — ожидание ACID от систем с eventual consistency

Аналоги и связанные термины

• MVCC — Multi-Version Concurrency Control (реализация изоляции)
• WAL — Write-Ahead Logging (реализация атомарности и долговечности)
• CAP theorem — теорема о распределённых системах
• Eventual consistency — « eventual» согласованность (NoSQL)
• Two-phase commit — протокол для распределённых транзакций

Смотри также (статьи на сайте)

• PostgreSQL для веб-разработчиков — миграция с MySQL, JSON, оптимизация
• Бэкап и восстановление PostgreSQL — pg_dump и pg_restore

Смотри также (сниппеты)

• PostgreSQL: JSONB и GIN-индекс — работа с JSON в транзакциях
• Идемпотентный агент с блокировкой — защита от параллельного запуска

Смотри также (термины)

• Репликация — копирование данных между узлами
• Идемпотентность — свойство операций
• Backpressure — обратное давление в потоках

Мини-FAQ

ACID только для реляционных СУБД?

Ответ: В основном да. Некоторые NoSQL системы добавляют транзакции (MongoDB 4.0+, Google Spanner), но классический ACID — это про реляционные СУБД.

Какой уровень изоляции использовать?

Ответ:

• READ COMMITTED — по умолчанию, подходит для большинства сценариев
• REPEATABLE READ — если нужно гарантировать повторное чтение
• SERIALIZABLE — только если критична полная изоляция (снижает производительность)

ACID замедляет систему?

Ответ: Да, особенно SERIALIZABLE и SYNC коммиты. Но для финансов и критичных данных это необходимая плата за надёжность.

Можно ли отключить ACID для производительности?

Ответ: Частично:

• SET synchronous_commit = off (PostgreSQL) — быстрее, но возможна потеря последних транзакций
• innodb_flush_log_at_trx_commit = 0 (MySQL) — аналогично

Но это компромисс между производительностью и надёжностью.