ACID- ja BASE-periaatteet

Kuvitelkaa pankkisiirtoa. Lähetätte 100 dollaria. Poistuuko summa todella tililtänne ja saapuuko se vastaanottajalle? Tietojen yhdenmukaisuus varmistaa, että järjestelmän kaikki osat ovat samaa mieltä tietojen tilasta.

Mikropalveluissa, joissa tiedot ovat jakautuneet moniin palveluihin, yhdenmukaisuuden ylläpitäminen on merkittävä haaste.

Perinteiset relaatiotietokannat ovat vuosikymmenten ajan perustuneet ACID-ominaisuuksiin luotettavien tapahtumien takaamiseksi. ACID on lyhenne seuraavista ominaisuuksista:

• Atomicity
• Consistency
• Isolation
• Durability

Nämä ominaisuudet varmistavat, että tietokantatapahtumat käsitellään luotettavasti, mikä on olennaista arkaluonteisissa toiminnoissa.

• Atomicity (A): Tapahtuma on jakamaton työyksikkö. Se joko suoritetaan kokonaan (commits) tai epäonnistuu kokonaan (rolls back). Osittaista suorittamista ei ole.
• Consistency (C): Tapahtuma siirtää tietokannan yhdestä kelvollisesta tilasta toiseen. Sen on noudatettava kaikkia ennalta määritettyjä sääntöjä, rajoitteita ja triggereitä.

Ajatelkaa rahansiirtoa: joko sekä veloitus että hyvitys onnistuvat tai kumpikaan ei onnistu, jolloin saldosäännöt säilyvät.

• Isolation (I): Samanaikaiset tapahtumat suoritetaan häiritsemättä toisiaan. On kuin jokainen tapahtuma suoritettaisiin yksin, vaikka niitä tapahtuisi useita yhtä aikaa.
• Durability (D): Kun tapahtuma on vahvistettu, sen muutokset ovat pysyviä ja säilyvät myöhemmistä järjestelmävioista, kuten sähkökatkoista, huolimatta.

Kun pankkisiirtonne on vahvistettu, se ei katoa, vaikka pankin palvelin kaatuisi.

ACID-ominaisuudet tarjoavat vahvat takuut tietojen eheydelle ja luotettavuudelle, jotka ovat olennaisia esimerkiksi rahansiirtojen kaltaisissa arkaluonteisissa toiminnoissa.

Tiukan ACID-yhdenmukaisuuden saavuttaminen useiden itsenäisten mikropalvelujen välillä hajautetussa järjestelmässä on kuitenkin erittäin vaikeaa, ja se aiheuttaa usein merkittäviä kompromisseja suorituskyvyn ja saatavuuden välillä. Tämä johti muiden mallien syntyyn.

Hajautetuissa järjestelmissä korkean saatavuuden ja osioiden sietokyvyn asettaminen etusijalle tarkoittaa usein tiukan yhdenmukaisuuden lieventämistä. Tässä BASE-ominaisuudet tulevat mukaan. BASE on lyhenne seuraavista:

• Basically Available
• Soft State
• Eventual consistency

BASE tarjoaa erilaisen lähestymistavan ja ottaa hajautettujen ympäristöjen realiteetit huomioon.

Basically Available (BA): Järjestelmä takaa luku- ja kirjoitustoimintojen saatavuuden. Vaikka jotkin järjestelmän osat vikaantuisivat, jäljelle jäävät osat jatkavat toimintaansa ja vastaavat pyyntöihin.

Tämä tarkoittaa, että käyttäjät voivat aina käyttää palvelua, vaikka heidän näkemänsä tiedot eivät olisi kaikkien järjestelmän osien aivan uusinta versiota.

• Soft State (S): Järjestelmän tila voi muuttua ajan myötä myös ilman ulkoista syötettä. Tiedot eivät välttämättä ole täysin yhdenmukaisia kaikissa replikoissa tiettynä hetkenä.
• Eventual Consistency (E): Jos tiettyyn tietokohteeseen ei tehdä uusia päivityksiä, kaikki kyseiseen kohteeseen kohdistuvat haut palauttavat lopulta viimeksi päivitetyn arvon.

Tiedot muuttuvat lopulta yhdenmukaisiksi, mutta siihen kuluu aikaa. Ajatelkaa sosiaalisen median tykkäyksiä: ne eivät ehkä näy heti kaikkialla, mutta synkronoituvat lopulta.

BASE-periaatteet asettavat saatavuuden ja osioiden sietokyvyn välittömän yhdenmukaisuuden edelle. Tämän ansiosta järjestelmät ovat hyvin skaalautuvia ja kestävät verkkoyhteyksien osioitumista sekä solmujen vikaantumista.

Kompromissina hyväksytään ajanjakso, jonka aikana tiedot eivät ole yhdenmukaisia ja järjestelmän eri osat voivat nähdä hieman eri versiot tiedoista.

• ACID: Painottaa vahvaa yhdenmukaisuutta, luotettavuutta ja tietojen eheyttä. Sopii erityisesti yhden solmun tietokantoihin ja tapahtumiin, jotka edellyttävät välitöntä ja ehdotonta tietojen oikeellisuutta.
• BASE: Asettaa saatavuuden ja osioiden sietokyvyn etusijalle. Hyväksyy lopullisen yhdenmukaisuuden. Sopii erittäin skaalautuviin hajautettuihin järjestelmiin, joissa tietojen hetkellinen vanhentuneisuus on hyväksyttävää.

Valinta riippuu sovelluksen erityisvaatimuksista.

Tutustuimme kahteen perustavanlaatuiseen lähestymistapaan tietojen yhdenmukaisuuteen:

• ACID: Atomicity, Consistency, Isolation, Durability. Takaa vahvan yhdenmukaisuuden, joka on olennaista perinteisissä tietokannoissa ja kriittisissä tapahtumissa.
• BASE: Basically Available, Soft State, Eventual Consistency. Asettaa saatavuuden ja skaalautuvuuden etusijalle ja sallii tilapäiset epäyhtenäisyydet, joita esiintyy usein hajautetuissa mikropalveluissa.

Näiden periaatteiden ymmärtäminen auttaa valitsemaan järjestelmällenne sopivan tietojen yhdenmukaisuusmallin.