ACID là thuộc tính quan trọng xác định độ tin cậy và tính nhất quán của giao dịch trong Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS). Bài viết này đi sâu vào 4 đặc tính của ACID, đặc biệt là sự khác biệt so với BASE trong cơ sở dữ liệu (CSDL).

Thuộc tính ACID xác định độ tin cậy và tính nhất quán của giao dịch (transaction) trong CSDL

1. Thuộc tính ACID là gì?

Bốn tính chất của ACID trong giao dịch cơ sở dữ liệu - Ảnh: ScyllaDB

ACID là viết tắt của Atomicity (Tính nguyên tử), Consistency (Tính nhất quán), Isolation (Tính cô lập) và Durability (Tính bền vững). Đây là tập hợp 4 thuộc tính quan trọng, bảo vệ sự tin cậy của các giao dịch cơ sở dữ liệu (transaction database) sau khi thực hiện một nhóm thao tác. Thuộc tính ACID đảm bảo tính toàn vẹn của những thao tác dữ liệu, ngăn chặn lỗi và vấn đề xảy ra khi có nhiều truy cập đồng thời.

Đọc thêm bài viết: Transaction Database là gì? Vai trò trong hệ thống cơ sở dữ liệu

Một số cơ sở dữ liệu phổ biến được biết đến với khả năng tuân thủ ACID bao gồm Microsoft SQL Server, MySQL, SQLite, và Oracle Database.

Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về từng thuộc tính của ACID sau đây:

A: Tính nguyên tử (Atomicity)

Tính nguyên tử đảm bảo rằng một transaction (giao dịch) là một đơn vị công việc duy nhất. Điều này có nghĩa là tất cả các thao tác trong giao dịch phải được hoàn thành và thay đổi được ghi nhận vào cơ sở dữ liệu, hoặc không thao tác nào được thực hiện (tất cả hoặc không có gì). Nếu một phần của giao dịch gặp lỗi do sự cố mạng, hỏng hệ thống hoặc lỗi phần mềm, toàn bộ giao dịch sẽ được hoàn tác, giúp cơ sở dữ liệu duy trì trạng thái nhất quán.

Một ví dụ điển hình cho tính nguyên tử của giao dịch đó là thực hiện chuyển tiền. Giả sử, Huy có tài khoản A với số dư là $30, anh muốn chuyển $10 sang tài khoản B của Đức. Trong tài khoản B, hiện có $100. Khi $10 được chuyển thành công, số dư trong tài khoản B sẽ trở thành $110. Quá trình này bao gồm hai thao tác:

Số tiền $10 được ghi nợ từ tài khoản A của Huy.
Số tiền $10 được ghi có vào tài khoản B của Đức.

Tuy nhiên, nếu chỉ thao tác đầu tiên (ghi nợ từ tài khoản A) được thực hiện thành công, còn thao tác thứ hai (ghi có vào tài khoản B) thất bại, kết quả là tài khoản A của Huy còn $20, trong khi tài khoản B của Đức vẫn giữ nguyên $100.

Trong trường hợp này, giao dịch không đảm bảo tính nguyên tử vì chỉ một phần của giao dịch được thực thi.

Chỉ một nửa giao dịch được thực hiện thành công, giao dịch không đảm bảo tính nguyên tử

Ở biểu đồ trên, sau khi chuyển thành công $10 từ tài khoản A, số tiền &100 vẫn được giữ nguyên ở tài khoản B. Vì vậy giao dịch này không đảm bảo tính nguyên tử và bị hủy bỏ.

2 thao tác được thực hiện thành công, giao dịch được đảm bảo tính nguyên tử và ghi nhận trong cơ sở dữ liệu

Khi hai thao tác chuyển tiền - nhận tiền được thực hiện thành công, giao dịch này đã đảm bảo tính nguyên tử, đồng thời được ghi nhận vĩnh viễn trong hệ thống cơ sở dữ liệu.

Trong một ứng dụng thương mại điện tử, tính nguyên tử đảm bảo rằng:

Số lượng sản phẩm trong kho được giảm đi tương ứng với số sản phẩm đã mua.
Số tiền trong ví của khách hàng được trừ đi tương ứng với giá sản phẩm khách hàng đặt mua.
Thông tin đơn hàng được ghi nhận, bao gồm sản phẩm, số lượng, giá trị cùng các trường thông tin liên quan.

Nếu bất kỳ thao tác nào trong những bước trên thất bại, toàn bộ giao dịch sẽ được hoàn tác. Điều này ngăn chặn các cập nhật không đầy đủ, đồng thời bảo vệ tính toàn vẹn của cơ sở dữ liệu.

C: Tính nhất quán (Consistency)

Trước khi giao dịch được thực hiện, các bài kiểm tra về tính nhất quán là rất cần thiết để đảm bảo cơ sở dữ liệu tuân thủ những quy tắc nghiệp vụ cùng ràng buộc nhất định.

Tính nhất quán đảm bảo chỉ dữ liệu hợp lệ mới được ghi vào cơ sở dữ liệu, ngăn chặn lỗi, dữ liệu không chính xác, nhập liệu sai.

Ví dụ: Một cửa hàng sách trực tuyến có chương trình giảm giá, nhưng quy định rằng mức giảm không vượt quá 50% giá gốc của sách. Lúc này, tính nhất quán đảm bảo rằng nếu giảm giá vượt quá mức cho phép (trên 50%), giao dịch sẽ bị chặn hoặc hủy, giúp cơ sở dữ liệu duy trì giao dịch hợp lệ và bảo vệ tính toàn vẹn dữ liệu.

I: Tính cô lập (Isolation)

Tính cô lập đảm bảo rằng các giao dịch diễn ra độc lập, không ảnh hưởng đến nhau. Điều này đặc biệt quan trọng trong nhiều trường hợp có nhiều giao dịch đồng thời.

Ví dụ: Hai khách hàng X, Y cùng muốn mua sản phẩm cuối cùng trong kho:

Khách hàng X thêm sản phẩm vào giỏ hàng và tiến hành thanh toán, nhưng chưa hoàn tất giao dịch.
Khách hàng Y cũng muốn mua sản phẩm này cùng lúc.

Tính cô lập đảm bảo rằng khách hàng Y không thể nhìn thấy sản phẩm đã được khách hàng X đặt nhưng chưa cam kết.

Nếu khách hàng X hoàn tất giao dịch, sản phẩm được đánh dấu đã bán.
Nếu khách hàng X hủy giao dịch, sản phẩm sẽ trở lại trạng thái có sẵn.

Thuộc tính này đảm bảo rằng hành động của một khách hàng không ảnh hưởng đến trải nghiệm của khách hàng khác, giúp duy trì trạng thái chính xác về tồn kho, đồng thời ngăn ngừa xung đột giữa các giao dịch.

D: Tính bền vững (Durability)

Khi một giao dịch hoàn tất thành công (tất cả thao tác được thực hiện, cam kết), thay đổi được thực hiện bởi giao dịch sẽ được lưu trữ vĩnh viễn. Điều này có nghĩa là dữ liệu vẫn được bảo toàn ngay cả khi xảy ra sự cố hệ thống, mất điện hoặc lỗi cơ sở dữ liệu.

Những cơ chế như nhật ký giao dịch hoặc lưu trữ trên đĩa thường được sử dụng để ghi lại sự thay đổi, đảm bảo tính bền vững. Thuộc tính này giúp cơ sở dữ liệu duy trì trạng thái đáng tin cậy qua thời gian.

2. Tại sao ACID đóng vai trò quan trọng trong các giao dịch cơ sở dữ liệu?

Thuộc tính ACID đảm bảo độ chính xác, an toàn của các giao dịch trong hệ cơ sở dữ liệu - Ảnh: ScyllaDB

4 thuộc tính trong ACID là những nguyên tắc cơ bản trong giao dịch cơ sở dữ liệu, đảm bảo tính tin cậy, an toàn của dữ liệu. Vì nhiều lý do sau đây:

Đảm bảo tính nhất quán và toàn vẹn của dữ liệu trong suốt quá trình giao dịch.
Ngăn chặn lỗi dữ liệu bằng cách duy trì tính nguyên tử, đảm bảo giao dịch được thực hiện hoàn toàn hoặc bị hủy hoàn toàn.
Đảm bảo tính hợp lệ của cơ sở dữ liệu trước và sau mỗi giao dịch, duy trì tính toàn vẹn dữ liệu.
Ngăn chặn sự can thiệp giữa nhiều giao dịch đồng thời, đảm bảo tính cô lập, tránh những vấn đề liên quan đến cạnh tranh.
Đảm bảo các giao dịch đã cam kết được lưu trữ vĩnh viễn, hỗ trợ khả năng khôi phục dữ liệu, tính bền vững của hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)
Đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính tin cậy, cùng khả năng hoạt động liên tục của cơ sở dữ liệu giao dịch, là yếu tố cốt lõi để đảm bảo thành công cho hoạt động kinh doanh.

3. Sự khác biệt giữa ACID vs BASE

Sự khác biệt giữa hai thuộc tính quan trọng trong cơ sở dữ liệu ACID vs BASE

Khi lựa chọn giữa hai mô hình giao dịch cơ sở dữ liệu ACID vs BASE, cần cân nhắc kỹ sự phù hợp trong ứng dụng đối với từng đặc điểm của chúng.

Tiêu chí	ACID	BASE
Quy mô (Scale)	Mở rộng theo chiều dọc	Mở rộng theo chiều ngang
Tính linh hoạt (Flexibility)	Ít linh hoạt hơn, chặn các bản ghi cụ thể khi đang xử lý.	Linh hoạt hơn, cho phép nhiều ứng dụng cập nhật cùng lúc.
Hiệu suất (Performance)	Giảm hiệu suất khi xử lý khối lượng dữ liệu lớn.	Có khả năng xử lý dữ liệu lớn, không có cấu trúc với thông lượng cao.
Đồng bộ hóa (Synchronization)	Có, nhưng tạo độ trễ khi đồng bộ hóa.	Không đồng bộ hóa ở cấp cơ sở dữ liệu.

Vậy khi nào nên sử dụng ACID - BASE?

Vì có sự khác biệt, cả hai mô hình ACID - BASE phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau:

ACID: Là lựa chọn lý tưởng cho ứng dụng doanh nghiệp đòi hỏi tính nhất quán, độ tin cậy và khả năng dự đoán. Ví dụ, các ngân hàng sử dụng cơ sở dữ liệu ACID để lưu trữ giao dịch của khách hàng vì tính toàn vẹn dữ liệu là ưu tiên hàng đầu.
BASE: Phù hợp hơn cho các hệ thống xử lý dữ liệu trực tuyến khối lượng lớn, không có cấu trúc chặt chẽ. Ví dụ, những trang thương mại điện tử sử dụng cơ sở dữ liệu BASE để cập nhật giá sản phẩm – nơi tính chính xác về giá không quan trọng bằng việc cho phép tất cả khách hàng truy cập giá sản phẩm trong thời gian thực.

Cơ sở dữ liệu có thể vừa là ACID vừa là BASE không?

Theo định lý CAP, một cơ sở dữ liệu chỉ có thể đáp ứng hai trong ba yếu tố: tính nhất quán, tính sẵn sàng và khả năng chịu lỗi phân vùng. Cả hai mô hình ACID - BASE đều đảm bảo khả năng chịu lỗi phân vùng, nhưng không thể vừa duy trì tính nhất quán cao vừa luôn sẵn sàng.

Vì vậy, một cơ sở dữ liệu chỉ có thể nghiêng về ACID hoặc BASE, nhưng không thể là cả hai. Ví dụ, cơ sở dữ liệu SQL được xây dựng dựa trên mô hình ACID, trong khi NoSQL sử dụng kiến trúc BASE. Tuy nhiên, một số cơ sở dữ liệu NoSQL có thể thể hiện các đặc điểm của ACID, nhưng chúng không thể hoạt động như cơ sở dữ liệu tuân thủ ACID.