ما الاختلاف بين قاعدة بيانات ACID وقاعدة بيانات BASE؟
ACID وBASE هما نموذجان لمعاملات قاعدة البيانات يحددان كيفية تنظيم قاعدة البيانات ومعالجة البيانات. في سياق قواعد البيانات، تعتبر المعاملة أي عملية تعتبرها قاعدة البيانات وحدة عمل واحدة. يجب أن تكتمل المعاملة بالكامل حتى تظل قاعدة البيانات متسقة. على سبيل المثال، عند تحويل الأموال من حساب مصرفي إلى آخر، يجب أن تُسحب الأموال من حسابك وتُضاف إلى حساب الطرف الثالث. لا يمكنك استدعاء المعاملة كاملة بدون حدوث كلتا الخطوتين.
تعطي قواعد بيانات ACID الأولوية للاتساق على التوافر - تفشل المعاملة بأكملها في حالة حدوث خطأ في أي خطوة في أثناء المعاملة. في المقابل، تعطي قواعد بيانات BASE الأولوية للتوافر على الاتساق. بدلاً من فشل المعاملة، يمكن للمستخدمين الوصول إلى بيانات غير متسقة مؤقتًا. ويتحقق اتساق البيانات، ولكن ليس على الفور.
لماذا تعد ACID وBASE مهمتين؟
قواعد البيانات الحديثة هي مخازن بيانات موزعة تكرر البيانات في العقد المتعددة المتصلة بشبكة. إنها تسمح للمستخدمين بإجراء عمليات معالجة متعددة للبيانات مثل عمليات القراءة والكتابة في معاملة واحدة. يتوقع المستخدمون أن تظل البيانات متسقة في جميع العقد في نهاية المعاملة. ومع ذلك، في علم الكمبيوتر النظري، تنص نظرية بروير (وتسمى أيضًا نظرية الاتساق والتوافر وتحمّل التقسيم (CAP)) على أن أي مخزن بيانات موزع يمكن أن يوفر اثنين فقط من الضمانات الثلاثة التالية:
- الاتساق: تتلقى كل عملية قراءة آخر البيانات المحدثة أو خطأ.
- التوافر: يتلقى كل طلب قاعدة بيانات استجابة ناجحة، بدون ضمان احتوائه على آخر البيانات المحدثة.
- تحمّل التقسيم: يستمر النظام في العمل على الرغم من الرسائل المفقودة أو المتأخرة بين العقد الموزعة.
على سبيل المثال، إذا أضاف أحد العملاء عنصرًا إلى عربة التسوق على موقع للتجارة الإلكترونية، فإنه يجب أن يرى جميع العملاء الآخرين انخفاض مستويات مخزون المنتج. إذا أضاف العميل العنصر الأخير إلى عربة التسوق، يجب على جميع المستخدمين الآخرين رؤية العنصر على أنه غير متوفر في المخزون. في حالة فشل أي عملية داخل المعاملة، يجب على مصممي قواعد البيانات الاختيار. يمكن لقاعدة البيانات إجراء أي مما يلي:
- إلغاء المعاملة وإظهار الخطأ، ما يقلل من التوافر ولكن يضمن الاتساق. لا يمكن للعميل إضافة العنصر إلى عربة التسوق لديه أو لا يمكن للعملاء الآخرين تحميل التفاصيل لجميع المنتجات حتى تنجح الإضافة إلى عربة التسوق.
- متابعة العملية وبالتالي إتاحة التوافر ولكن مع عدم اتساق المخاطر. يضيف العميل عنصرًا إلى عربة التسوق، لكن العملاء الآخرين يشاهدون مستويات مخزون غير صحيحة، على الأقل مؤقتًا.
في بعض حالات الاستخدام، يكون الاتساق أمرًا بالغ الأهمية وبالتالي يتم تفضيل قواعد بيانات ACID. ومع ذلك، هناك حالات استخدام أخرى يكون فيها غير بالغ الأهمية. على سبيل المثال، عندما تقبل طلب صداقة على وسائل التواصل الاجتماعي، لا يهم ما إذا كان المستخدمون الآخرون يرون عددًا غير صحيح من الأصدقاء في ملف تعريف لديك على وسائل التواصل الاجتماعي مؤقتًا. ومع ذلك، لا تريد أن تفقد الوصول إلى موجز وسائل التواصل الاجتماعي أثناء فرز البيانات. في مثل هذه السيناريوهات، تصبح BASE مهمة.
المبادئ الرئيسة: مقارنة ACID مع BASE
ACID وBASE عبارة عن اختصارين لخصائص قواعد البيانات المختلفة التي تمثل كيفية تصرف قاعدة البيانات أثناء معالجة المعاملات عبر الإنترنت.
ACID
يرمز ACID إلى الذرية والاتساق والعزلة والقدرة على التحمل.
الذرية
تضمن الذرية أن جميع الخطوات في معاملة قاعدة بيانات واحدة إما مكتملة بالكامل أو تتم إعادتها إلى حالتها الأصلية. على سبيل المثال، في نظام الحجز، يجب إكمال كلتا المهمتين - حجز المقاعد وتحديث تفاصيل العملاء - في معاملة واحدة. لا يمكنك حجز مقاعد لملف تعريف عميل غير مكتمل. لا تجرى أي تغييرات على البيانات في حالة فشل أي جزء من المعاملة.
الاتساق
يضمن الاتساق أن البيانات تستوفي قيود السلامة وقواعد العمل المحددة مسبقًا. حتى إذا أجرى العديد من المستخدمين عمليات مماثلة في وقت واحد، تظل البيانات متسقة لدى الجميع. على سبيل المثال، يضمن الاتساق أنه عند تحويل الأموال من حساب إلى آخر، أن يظل الرصيد الإجمالي قبل المعاملة وبعدها كما هو. إذا كان الحساب أ يحتوي على 200 USD والحساب ب يحتوي على 400 USD، فإن الرصيد الإجمالي هو USD 600. بعد أن يُحول من الحساب أ مبلغ 100 USD إلى الحساب ب، يكون لدى الحساب أ مبلغ USD 100 والحساب ب مبلغ USD 500. لا يزال الرصيد الإجمالي USD 600.
العزل
يضمن العزل وضع المعاملة الجديدة، التي تصل إلى سجل معين، قيد الانتظار حتى تنتهي المعاملة السابقة قبل أن تبدأ العملية. فهو يضمن عدم تداخل المعاملات المتزامنة مع بعضها، ما يحافظ على التوهم بأنه تُنفذ بشكل متسلسل. نظام إدارة المخزون متعدد المستخدمين هو مثال آخر. إذا حدَّث أحد المستخدمين كمية منتج، فسيرى مستخدم آخر يصل إلى معلومات المنتج نفسه عرضًا متسقًا ومعزولًا للبيانات، بدون أن يتأثر ذلك بالتحديث المستمر حتى يتم التنفيذ.
القدرة على التحمل
تضمن القدرة على التحمل احتفاظ قاعدة البيانات بجميع السجلات المُحدَّثة، حتى في حالة تعرض النظام للفشل. إنها تضمن أنه عند تحديث معاملات ACID، تكون جميع التغييرات دائمة ولا تتأثر بحالات فشل النظام اللاحقة. على سبيل المثال، في تطبيق المراسلة، عندما يرسل أحد المستخدمين رسالة ويتلقى تأكيدًا بالتسليم الناجح، تضمن خاصية القدرة على التحمل عدم فقدان الرسالة أبدًا. ولا يزال يُطبق هذا حتى إذا واجه التطبيق أو الخادم فشلًا.
BASE
ترمز BASE إلى التوافر بشكل أساسي والحالة مرنة والاتساق في النهاية. يوضح الاختصار أن قاعدة بيانات BASE هي عكس ACID، مثل مكافئاتهما الكيميائية.
التوافر بشكل أساسي
التوافر بشكل أساسي يُقصد به إمكانية الوصول المتزامن إلى قاعدة البيانات من قبل المستخدمين في جميع الأوقات. لا يحتاج أحد المستخدمين إلى الانتظار حتى ينتهي الآخرون من المعاملة قبل تحديث السجل. على سبيل المثال، أثناء الزيادة المفاجئة في حركة المرور على منصة تجارة إلكترونية، قد يعطي النظام الأولوية لخدمة قوائم المنتجات وقبول الطلبات. حتى إذا كان هناك تأخير بسيط في تحديث كميات المخزون، يستمر المستخدمون في التحقق من العناصر.
الحالة المرنة
تشير الحالة المرنة إلى فكرة أن البيانات يمكن أن تطرأ عليها حالات عابرة أو مؤقتة قد تتغير بمرور الوقت، حتى بدون مشغلات أو إدخالات خارجية. وهي تصف الحالة الانتقالية للسجل عندما تُحدثه عدة تطبيقات في وقت واحد. يتم الانتهاء من قيمة السجل في نهاية المطاف فقط بعد اكتمال جميع المعاملات. على سبيل المثال، إذا حرر المستخدمون منشور على وسائل التواصل الاجتماعي، فقد لا يكون التغيير ظاهرًا للمستخدمين الآخرين على الفور. ومع ذلك، في وقت لاحق، يتحدث المنشور (الذي يعكس التغيير القديم) من تلقاء نفسه على الرغم من عدم إجراء أي مستخدم تغيير عليه.
الاتساق في النهاية
يعني الاتساق في النهاية أن السجل سيحقق الاتساق عند اكتمال جميع التحديثات المتزامنة. في هذه المرحلة، ستجد التطبيقات التي تستعلم عن السجل القيمة نفسها. على سبيل المثال، فكر في نظام تحرير المستندات الموزع حيث يمكن لعدة مستخدمين تحرير مستند في وقت واحد. إذا حرر كل من المستخدم أ والمستخدم ب القسم نفسه من المستند في وقت واحد، فقد تختلف النسخ المحلية لديهم مؤقتًا حتى يتم نشر التغييرات ومزامنتها. ومع ذلك، مع مرور الوقت، يضمن النظام الاتساق النهائي من خلال نشر ودمج التغييرات التي أجراها مختلف المستخدمين.
الاختلافات الرئيسية: ACID مقارنةً بـ BASE
هناك مفاضلات عند الاختيار بين نماذج معاملات قاعدتي البيانات ACID وBASE.
المقياس
من الصعب توسيع نطاق نموذج معاملات قاعدة بيانات ACID نظرًا لأنه يركز على الاتساق. يُسمح بمعاملة واحدة فقط لأي سجل في أي لحظة، ما يجعل التوسع الأفقي أكثر صعوبة.
بدلاً من ذلك، يمكنك توسيع نطاق نموذج قاعدة بيانات BASE أفقيًا لأنه لا يحتاج إلى الحفاظ على اتساق صارم. تسمح إضافة عقد متعددة في مجموعة قواعد بيانات لنموذج BASE بتحسين توفر البيانات لديه، وهو المبدأ المحرك لبنية قاعدة البيانات.
المرونة
تكون قواعد بيانات ACID أقل مرونة عند التعامل مع البيانات. يجب أن تضمن قاعدة بيانات ACID الاتساق الفوري، فقد تقيد الوصول إلى بعض التطبيقات إذا تعرضت حالات انقطاع الشبكة أو التيار الكهربائي. وبالمثل، يجب أن تنتظر التطبيقات دورها لتحديث البيانات إذا كانت وحدات البرامج الأخرى تعالج سجلاً معينًا. على العكس من ذلك، تعد قواعد بيانات BASE أكثر مرونة. بدلاً من فرض قيود صارمة، تسمح BASE للتطبيقات بتعديل السجلات عندما تكون متاحة.
الأداء
قد تواجه قاعدة بيانات ACID مشكلات في الأداء عند التعامل مع أحجام البيانات الكبيرة أو طلبات المعالجة المتزامنة. نظرًا لأن البيانات تُعالج بترتيب صارم، فإن النفقات العامة في كل معاملة تؤدي إلى تأخيرات تؤثر في جميع التطبيقات التي تصل إلى السجل.
في المقابل، يمكن للتطبيقات التي تصل إلى قاعدة بيانات BASE معالجة السجلات في أي وقت. هذا يقلل من وقت الانتظار المفرط ويحسن معدل نقل قاعدة البيانات.
المزامنة
تحتاج قاعدة بيانات ACID إلى آلية مزامنة لتنفيذ التغييرات من معاملة وعكسها في جميع السجلات المرتبطة. في الوقت نفسه، يجب أن تقفل السجل المحدد أمام الأطراف الأخرى حتى تكتمل المعاملة أو يتم تجاهلها. وفي الوقت نفسه، تعمل قاعدة بيانات BASE بدون قفل السجلات ومزامنتها في نهاية المطاف بدون ضمانات الوقت. عند العمل مع قواعد بيانات BASE، يعرف المطورون أنه قد تكون هناك تناقضات عند معالجة سجلات معينة ويتخذون الاحتياطات اللازمة في التطبيق.
حالات الاستخدام: ACID مقارنةً بـ BASE
على الرغم من الاختلافات بين أنظمة قواعد بيانات ACID وBASE، فإنها مهمة في تطبيقات مختلفة. ACID هي الخيار المثالي لتطبيقات المؤسسات التي تتطلب اتساق البيانات والموثوقية والقدرة على التنبؤ. على سبيل المثال، تستخدم البنوك قاعدة بيانات ACID لتخزين معاملات العملاء لأن سلامة البيانات تُعد أولوية قصوى بالنسبة لها. وفي الوقت نفسه، تعد قواعد بيانات BASE خيارًا أفضل للمعالجة التحليلية عبر الإنترنت للبيانات كبيرة الحجم والأقل تنظيمًا. على سبيل المثال، تستخدم مواقع التجارة الإلكترونية قواعد بيانات BASE لتحديث أسعار المنتجات، والتي تتغير بشكل متكرر. في هذه الحالة، تكون دقة التسعير أقل أهمية من السماح لجميع العملاء بالوصول في الوقت الفعلي إلى سعر المنتجات.
هل يمكن لقاعدة بيانات واحدة أن تكون كلاً من ACID وBASE؟
وفقًا لنظرية CAP، يمكن لقاعدة البيانات أن تلبي اثنين من الضمانات الثلاثة: الاتساق والتوافر وتحمّل التقسيم. توفر كل من نماذج قاعدتي البيانات ACID وBASE تحمّل التقسيم، ما يعني أنه لا يمكن أن تكون متسقة للغاية ومتوافرة دائمًا. لذلك، تميل قاعدة البيانات إما نحو ACID أو BASE، ولكن لا يمكن أن تكون كليهما. على سبيل المثال، تُنظم قواعد بيانات SQL على نموذج ACID، في حين تستخدم قواعد بيانات NoSQL بنية BASE. ومع ذلك، قد تقدم بعض قواعد بيانات NoSQL سمات ACID معينة، ولكنها لا يمكن أن تعمل كقواعد بيانات متوافقة مع ACID.
ملخص الاختلافات: ACID مقابل BASE
| ACID |
BASE |
|
| المقياس |
تتوسع عموديًا. |
تتوسع أفقيًا. |
| المرونة |
مرونة أقل. تحظر سجلات محددة من التطبيقات الأخرى عند المعالجة. |
مرونة أكبر. تسمح لتطبيقات متعددة بتحديث السجل نفسه بشكل متزامن. |
| الأداء |
ينخفض الأداء عند معالجة كميات كبيرة من البيانات. |
قادرة على التعامل مع البيانات الكبيرة غير المهيكلة بمعدل نقل عالٍ. |
| المزامنة |
نعم. يحدث تأخير عند المزامنة. |
لا توجد مزامنة على مستوى قاعدة البيانات. |
كيف يمكن لـ AWS دعم متطلبات قاعدتي البيانات ACID وBASE؟
توفر قواعد بيانات سحابة AWS مجموعة من خدمات قواعد بيانات ACID وBASE لكل نوع من حالات استخدام البيانات. تنشر المؤسسات قواعد بياناتها على AWS لتوفير الوقت المستغرق في توافر البنية التحتية لتخزين البيانات وتوسيع نطاقها وإدارتها. على سبيل المثال:
- Amazon DynamoDB هي خدمة قاعدة بيانات BASE سريعة تتيح معالجة البيانات في غضون مللي ثانية للتطبيقات السحابية.
- Amazon MemoryDB for Redis هي قاعدة بيانات BASE أخرى تسمح للمطورين بنشر قواعد بيانات Redis القادرة على التحمل وعالية التوافر لتطبيقات الويب والجوال.
- AWS RedShift هي مستودع بيانات سحابي لقاعدة بيانات ACID يسمح لك بتشغيل استعلامات SQL التحليلية المعقدة لحالات استخدام ذكاء الأعمال.
ابدأ باستخدام قواعد بيانات ACID وBASE من خلال إنشاء حساب اليوم.
