MySQLにおけるトランザクションの理解と使用

はじめに

トランザクションは、データベースが関連するステートメントをグループ化し、システムによって単一のユニットとして実行できるようにする方法です。ステートメントはユニットとして扱われ、すべての構成要素が正常に完了するか、元の状態に戻るかのいずれかになります。これは、単一の目標を達成するために複数の個別のステップを必要とする変更の一貫性を維持する1つの方法です。

この記事では、トランザクションとは何か、そしてトランザクションがどのように役立つかについて説明します。次に、MySQLがトランザクションをさまざまな方法で使用して、ステートメントがデータベースにどのように適用されるかを正確に制御する方法を見ていきます。

トランザクションとは？

トランザクションは、複数のステートメントをグループ化および分離して、単一の操作として処理する方法です。トランザクションでは、各コマンドをサーバーに送信された順に個別に実行するのではなく、コマンドをまとめてバンドルし、他のリクエストとは別のコンテキストで実行します。

分離は、トランザクションの重要な部分です。トランザクション内では、実行されたステートメントはトランザクション自体の環境にのみ影響を与えることができます。トランザクション内からステートメントはデータを変更でき、その結果はすぐに表示されます。外部からは、トランザクションがコミットされるまで変更は行われず、コミットされると、トランザクション内のすべてのアクションが一度に表示されるようになります。

これらの機能は、ACIDコンプライアンスを達成するのに役立ちます。原子性（トランザクション内のアクションはすべてコミットされるか、すべてロールバックされるかのいずれか）と分離（トランザクションの外部では、コミットまで何も変更されませんが、内部では、各ステートメントは即座に影響を与えます）を提供することによって実現します。これらは共に、データベースが一貫性を維持するのに役立ちます（部分的なデータ変換が発生しないことを保証することによって）。さらに、トランザクションの変更は、不揮発性ストレージにコミットされるまで成功として返されず、永続性を提供します。

これらの目標を達成するために、トランザクションは多くの異なる戦略を採用しており、異なるデータベースシステムは異なる方法を使用しています。MySQLは多版同時実行制御（MVCC）と呼ばれるシステムを使用しており、これによりデータベースはデータスナップショットを使用してこれらのアクションを実行できます。全体として、これらのシステムは最新のリレーショナルデータベースの基本的な構成要素の1つを構成し、クラッシュに強い方法で複雑なデータを安全に処理できるようにします。

整合性障害の種類

人々がトランザクションを使用する理由の1つは、データの一貫性とそれが処理される環境について特定の保証を得るためです。整合性はさまざまな方法で損なわれる可能性があり、データベースがそれらをどのように防止しようとするかに影響を与えます。

トランザクションの実装に応じて、整合性が損なわれる可能性のある主な方法が4つあります。これらのシナリオが発生する可能性のあるシナリオに対する許容度は、アプリケーションでトランザクションをどのように使用するかに影響します。

トランザクション分離レベル

トランザクションは、「万能」なソリューションではありません。さまざまなシナリオで、パフォーマンスと保護の間に異なるトレードオフが必要です。幸いなことに、MySQLでは、必要なトランザクション分離のタイプを指定できます。

ほとんどのデータベースシステムで提供される分離レベルには、次のものがあります。

トランザクションの定義

MySQLがトランザクションで使用できるさまざまな分離レベルについて説明したので、トランザクションを定義する方法を説明しましょう。

MySQLでは、デフォルトでは、明示的にマークされたトランザクション外のすべてのステートメントは、実際には独自の単一ステートメントトランザクションで実行されます。トランザクションブロックを明示的に開始するには、START TRANSACTIONまたはBEGINコマンドを使用できます。START TRANSACTION形式はBEGIN形式では使用できない修飾子を使用できるため、MySQLではSTART TRANSACTIONを使用することをお勧めします。トランザクションをコミットするには、COMMITコマンドを発行します。

したがって、トランザクションの基本的な構文は次のようになります。

START TRANSACTION;

statements

COMMIT;

より具体的な例として、1つのアカウントから別のアカウントに1000ドルを転送しようとしていると想像してください。お金は常に2つのアカウントのいずれかにあり、両方にあることはないようにする必要があります。

この転送をカプセル化する2つのステートメントを、次のようなトランザクションでラップできます。

 START TRANSACTION;

            UPDATE accounts
               SET balance = balance - 1000
             WHERE id = 1;

            UPDATE accounts
               SET balance = balance + 1000
             WHERE id = 2;

            COMMIT;

ここでは、id = 2のアカウントに1000ドルを入金せずに、id = 1のアカウントから1000ドルが引き落とされることはありません。これらの2つのステートメントはトランザクション内で順番に実行されますが、コミットされるため、基になるデータセットで同時に実行されます。

トランザクションのロールバック

トランザクション内では、ステートメントのすべてまたはnoneがデータベースにコミットされます。トランザクション内で行われたステートメントと変更をデータベースに適用する代わりに破棄することは、トランザクションの「ロールバック」として知られています。

トランザクションは、自動または手動でロールバックできます。MySQLは、問題を防ぐために、トランザクション内のステートメントの1つがエラーになった場合や、その他のシナリオでトランザクションを自動的にロールバックします。

現在のトランザクション中に与えられたステートメントを手動でロールバックするには、ROLLBACKコマンドを使用できます。これにより、トランザクション内のすべてのステートメントがキャンセルされ、事実上、トランザクションの開始時に時間が戻ります。

たとえば、以前使用していた銀行口座の例を使用していると仮定して、UPDATEステートメントを発行した後、誤って間違った金額を転送したか、間違ったアカウントを使用したことが判明した場合、変更をコミットする代わりにロールバックできます。

START TRANSACTION;

           UPDATE accounts
              SET balance = balance - 1500
            WHERE id = 1;
           
           UPDATE accounts
              SET balance = balance + 1500
            WHERE id = 3;  -- Wrong account number here!  Must rollback

/* Gets us back to where we were before the transaction started */
         ROLLBACK;

ROLLBACKすると、1500ドルはid = 1のアカウントに残ります。

ロールバック時のセーブポイントの使用

デフォルトでは、ROLLBACKコマンドは、START TRANSACTIONまたはBEGINコマンドが最初に呼び出された時点にトランザクションをリセットします。しかし、トランザクション内の一部のステートメントのみを元に戻したい場合はどうすればよいでしょうか？

ROLLBACKコマンドを発行するときにロールバックする任意の位置を指定することはできませんが、トランザクション全体で設定した「セーブポイント」にロールバックできます。SAVEPOINTコマンドでトランザクションの場所を事前にマークし、ロールバックする必要がある場合にそれらの特定の場所を参照できます。

これらのセーブポイントを使用すると、中間ロールバックポイントを作成できます。その後、現在位置からセーブポイントまでの間に行われたステートメントを必要に応じて元に戻し、トランザクションの作業を続行できます。

セーブポイントを指定するには、SAVEPOINTコマンドの後にセーブポイントの名前を発行します。

SAVEPOINT save_1;

そのセーブポイントにロールバックするには、ROLLBACK TOコマンドを使用します。

ROLLBACK TO save_1;

これまで使用してきたアカウント中心の例を続けましょう。

START TRANSACTION;
   
           UPDATE accounts
              SET balance = balance - 1500
            WHERE id = 1;

/* Set a save point that we can return to */
        SAVEPOINT save_1;
        
           UPDATE accounts
              SET balance = balance + 1500
            WHERE id = 3;  -- Wrong account number here!  We can rollback to the save point though!

/* Gets us back to the state of the transaction at `save_1` */
         ROLLBACK TO save_1;

/* Continue the transaction with the correct account number */
           UPDATE accounts
              SET balance = balance + 1500
            WHERE id = 4;

           COMMIT;

ここでは、トランザクションでこれまで行ってきたすべての作業を失うことなく、犯した間違いから回復できます。ロールバック後、正しいステートメントを使用して計画どおりにトランザクションを続行します。

トランザクションの分離レベルの設定

トランザクションに必要な分離レベルを設定するには、ISOLATION LEVEL句とともにSET TRANSACTIONステートメントを使用できます。SET TRANSACTIONステートメントを使用すると、トランザクションの分離レベルと読み取りおよび書き込み権限を変更できます。

デフォルトでは、SET TRANSACTIONステートメントは、開始される次のトランザクションのプロパティにのみ影響します。これは、START TRANSACTIONまたはBEGINステートメントの前に指定する必要があります。基本的な構文は次のようになります。

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL <isolation_level>;
START TRANSACTION;

statements

COMMIT;

<isolation_level>は、次のいずれかになります（詳細は前述）。

• リードアンコミット
• リードコミット
• 再現可能リード（MySQLのデフォルトの動作モード）
• シリアライザブル

コマンドを発行するときに、GLOBALまたはSESSIONキーワードを指定して、別のスコープに影響を与えることもできます。

SET GLOBAL TRANSACTION ISOLATION LEVELと入力すると、分離レベルは今後のすべてのセッションに対してグローバルに変更されます。現在のセッションは古い分離レベルを使用するため、トランザクションレベルまたはSESSIONレベルを使用してそれらを変更する必要がある場合は、これらのスコープを明示的に変更してください。

SESSION修飾子（SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVELなど）を使用すると、同じセッション内の今後のすべてのトランザクションの分離レベルを変更できます。繰り返しますが、これは既存のトランザクションには影響しません。

SET TRANSACTIONで変更できるもう1つの側面は、トランザクションが読み取り/書き込み可能か読み取り専用かです。デフォルトでは、MySQLのトランザクションは読み取りおよび書き込み可能です。SET TRANSACTION READ ONLYを使用すると、セッションを読み取り専用にすることができます。セッションを明示的に読み取り/書き込み可能にする場合は、SET TRANSACTION READ WRITEを発行することもできます。

トランザクションのチェイニング

順番に実行する必要がある複数のトランザクションがある場合は、COMMIT AND CHAINコマンドを使用してそれらをチェーンすることができます。

COMMIT AND CHAINコマンドは、トランザクション内のステートメントをコミットすることにより、現在のトランザクションを完了します。コミットが処理された後、同じ分離レベルで新しいトランザクションをすぐに開きます。これにより、別のステートメントのセットをトランザクションにグループ化できます。

このステートメントは、COMMIT; SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL <isolation_level>; START TRANSACTIONを発行した場合とまったく同じように機能します。

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED
START TRANSACTION;
   
           UPDATE accounts
              SET balance = balance - 1500
            WHERE id = 1;

           UPDATE accounts
              SET balance = balance + 1500
            WHERE id = 2;

/* Commit the data and start a new transaction that will take into account the committed data and isolation level from the last transaction */
 COMMIT AND CHAIN;

           UPDATE accounts
              SET balance = balance - 1000
            WHERE id = 2;

           UPDATE accounts
              SET balance = balance + 1000
            WHERE id = 3;

           COMMIT;

トランザクションのチェイニングは、トランザクションレベルを毎回明示的に設定したり、セッションまたはグローバルデフォルトを変更したりすることなく、複数のトランザクションを作成するのに役立ちます。

結論

トランザクションは、データを一貫性のある状態に保つのに役立つ便利な機能を提供します。ただし、さまざまな分離レベルには、留意しておくべき多くのトレードオフがあります。ユースケースに適したレベルの保護を決定するには、ある程度の調査と検討が必要になる場合があります。これは、トランザクションが長時間実行される場合に特に当てはまります。コミットが発生する前にデータベースが大幅に変更される可能性があるため、ロールバックやより多くの手作業につながる可能性があります。

欠点はあるものの、トランザクションは、リレーショナルデータベースが提供することが期待されているACID保証に大きく貢献しているため、多くのシナリオで依然として役立ちます。トランザクションをいつ使用するか、どのようなタイプの分離レベルが適切か、および自動ロールバックを回避する方法を理解することは、投資する価値のある知識です。