ACID データベースと BASE データベースの違いは何ですか?

最新のデータベースは、ネットワークで接続された複数のノード間でデータを複製する分散データストアです。これにより、ユーザーは 1 回のトランザクションで読み取りや書き込みなどの複数のデータ操作を実行できます。ユーザーは、トランザクションの終了時にすべてのノードでデータの一貫性が保たれることを期待しています。しかし、理論的なコンピュータサイエンスでは、ブリューワーの定理 (CAP 定理とも呼ばれる) では、どの分散データストアでも次の 3 つの保証のうちの 2 つしか提供できないとされています。

• 一貫性:すべての読み取り操作は、最新の更新データまたはエラーを受け取ります。
• 可用性:すべてのデータベースリクエストは、最新の更新データが含まれていることを保証することなく、正常な応答を受け取ります。
• 分断耐性:分散ノード間でメッセージがドロップまたは遅延しても、システムは動作し続けます。

たとえば、ある顧客が E コマース Web サイトのカートに商品を追加した場合、他のすべての顧客にはその商品の在庫レベルが低下するはずです。お客様が最後の商品をカートに追加した場合、他のすべてのユーザーはその商品が在庫切れと表示されるはずです。トランザクション内で何らかの操作が失敗した場合、データベース設計者は選択を行う必要があります。データベースは次のいずれかを実行できます。

1. トランザクションをキャンセルしてエラーを返すため、可用性は低下しますが、一貫性は確保されます。カートへの追加が成功するまで、お客様は商品をカートに追加できません。また、他のお客様はすべての商品の詳細を読み込むことができません。
2. 操作を続行すると可用性が確保されますが、一貫性が失われる可能性があります。お客様はカートに商品を追加しましたが、他のお客様には少なくとも一時的に誤った在庫レベルが表示されています。

ユースケースによっては、一貫性が重要であり、ACID データベースが好まれる場合があります。ただし、重要ではないユースケースは他にもあります。たとえば、ソーシャルメディアで友達リクエストを承諾したときに、あなたのソーシャルメディアのプロフィールで他のユーザーに表示される友達の数が一時的に間違っていても問題ありません。ただし、データがソートされている間、ソーシャルメディアフィードにアクセスできなくなることは避けたいものです。このようなシナリオでは、BASE が重要になります。

ACID データベーストランザクションモデルと BASE データベーストランザクションモデルのどちらを選択するかにはトレードオフがあります。

スケール

ACID データベーストランザクションモデルは一貫性に重点を置いているため、スケーリングが困難です。どのレコードでも一度に許可されるトランザクションは 1 つだけであるため、水平スケーリングはより困難になります。 

または、厳密な一貫性を維持する必要がないため、BASE データベースモデルを水平方向にスケーリングすることもできます。データベースクラスター全体に複数のノードを追加することで、データベースアーキテクチャの原理である BASE モデルのデータ可用性を向上させることができます。 

柔軟性

ACID データベースは、データを扱う際の柔軟性が低くなります。ACID データベースは、ネットワークや停電が発生した場合に一部のアプリケーションへのアクセスを制限する可能性があるため、即時の一貫性を保証する必要があります。同様に、他のソフトウェアモジュールが特定のレコードを処理している場合、アプリケーションは自分の順番を待ってデータを更新する必要があります。逆に、BASE データベースの方が柔軟性があります。BASE では、厳密な制限を課すのではなく、使用可能なレコードをアプリケーションで変更できるようにしています。 

パフォーマンス

ACID データベースでは、大量のデータや同時処理要求を処理するときにパフォーマンスの問題が発生する可能性があります。データは厳密な順序で処理されるため、各トランザクションのオーバーヘッドにより遅延が発生し、レコードにアクセスするすべてのアプリケーションに影響します。 

これとは対照的に、BASE データベースにアクセスするアプリケーションはいつでもレコードを処理できます。これにより、過剰な待機時間が短縮され、データベースのスループットが向上します。

ファイル同期

ACID データベースには、トランザクションからの変更をコミットし、関連するすべてのレコードに反映するための同期メカニズムが必要です。同時に、トランザクションが完了するか破棄されるまで、特定のレコードを他の関係者からロックする必要があります。一方、BASE データベースはレコードをロックせずに実行されるため、最終的には時間の保証なしに同期されます。BASE データベースを扱う場合、開発者は特定のレコードを処理する際に不整合が生じる可能性があることを知っているため、アプリケーションで必要な予防措置を講じます。 

CAP 定理によれば、データベースは一貫性、可用性、および分断耐性の 3 つの保証のうちの 2 つを満たすことができます。ACID データベースモデルと BASE データベースモデルはどちらも分断耐性を備えているため、高い一貫性と可用性の両方を実現することはできません。つまり、データベースは ACID か BASE のどちらかに傾いていますが、両方にすることはできません。たとえば、SQL データベースは ACID モデルに基づいて構造化されていますが、NoSQL データベースは BASE アーキテクチャを使用しています。ただし、NoSQL データベースの中には、特定の ACID 特性を示すものもありますが、ACID 準拠のデータベースとしては動作しません。 

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• Amazon DynamoDB は、クラウドアプリケーションのミリ秒単位のデータ処理を可能にする高速な BASE データベースサービスです。
• Amazon MemoryDB for Redis は、開発者がウェブアプリケーションやモバイルアプリケーション向けに耐久性と可用性の高い Redis データベースをデプロイできるようにする、もう 1 つの BASE データベースです。
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