ACID- versus BASE-principes

Stel u een bankoverschrijving voor. U maakt €100 over. Wordt het bedrag daadwerkelijk van uw rekening afgeschreven en op die van de ontvanger bijgeschreven? Gegevensconsistentie zorgt ervoor dat alle onderdelen van uw systeem het eens zijn over de toestand van de gegevens.

In microservices, waar gegevens over veel services zijn verspreid, wordt consistentie behouden een aanzienlijke uitdaging.

Traditionele relationele databases vertrouwen al tientallen jaren op ACID-eigenschappen om betrouwbare transacties te garanderen. ACID is een acroniem voor:

• Atomiciteit
• Consistentie
• Isolatie
• Duurzaamheid

Deze eigenschappen zorgen ervoor dat databasetransacties betrouwbaar worden verwerkt, wat essentieel is voor gevoelige bewerkingen.

• Atomiciteit (A): Een transactie is een ondeelbare werkeenheid. De transactie wordt volledig uitgevoerd (vastgelegd) of mislukt volledig (teruggedraaid). Gedeeltelijke voltooiing bestaat niet.
• Consistentie (C): Een transactie brengt de database van de ene geldige toestand naar een andere. De transactie moet voldoen aan alle vooraf gedefinieerde regels, beperkingen en triggers.

Denk aan een geldoverschrijving: zowel de afschrijving als de bijschrijving slaagt, of geen van beide, zodat de regels voor het saldo behouden blijven.

• Isolatie (I): Gelijktijdige transacties worden uitgevoerd zonder elkaar te beïnvloeden. Het is alsof elke transactie alleen draait, zelfs wanneer er veel tegelijk plaatsvinden.
• Duurzaamheid (D): Zodra een transactie is vastgelegd, zijn de wijzigingen permanent en blijven ze behouden na latere systeemstoringen, zoals stroomuitval.

Uw bankoverschrijving verdwijnt niet meer nadat deze is bevestigd, zelfs niet als de server van de bank uitvalt.

ACID-eigenschappen bieden sterke garanties voor gegevensintegriteit en betrouwbaarheid, wat essentieel is voor gevoelige bewerkingen zoals financiële transacties.

Strikte ACID-consistentie bereiken in meerdere onafhankelijke microservices binnen een gedistribueerd systeem is echter bijzonder moeilijk en gaat vaak gepaard met aanzienlijke afwegingen tussen prestaties en beschikbaarheid. Zo ontstonden andere modellen.

In gedistribueerde systemen betekent voorrang geven aan hoge beschikbaarheid en partitietolerantie vaak dat u strikte consistentie versoepelt. Hier komen de BASE-eigenschappen van pas. BASE is een acroniem voor:

• Basically Available (in principe beschikbaar)
• Soft State (zachte toestand)
• Eventual consistency (uiteindelijke consistentie)

BASE biedt een andere aanpak en houdt rekening met de realiteit van gedistribueerde omgevingen.

Basically Available (BA): Het systeem garandeert beschikbaarheid voor lees- en schrijfactiviteiten. Zelfs als sommige delen van het systeem uitvallen, blijven de overige delen werken en reageren ze op aanvragen.

Dit betekent dat gebruikers altijd toegang hebben tot de service, hoewel de gegevens die ze zien niet overal de allernieuwste versie hoeven te zijn.

• Soft State (S): De toestand van het systeem kan in de loop van de tijd veranderen, zelfs zonder externe invoer. Gegevens hoeven niet op elk moment in alle replica's consistent te zijn.
• Eventual Consistency (E): Als er geen nieuwe updates voor een bepaald gegeven plaatsvinden, retourneren alle toegangen tot dat gegeven uiteindelijk de laatst bijgewerkte waarde.

Gegevens worden uiteindelijk consistent, maar daar zit een vertraging in. Denk aan likes op sociale media: ze verschijnen mogelijk niet overal meteen, maar worden uiteindelijk wel gesynchroniseerd.

BASE-principes geven voorrang aan beschikbaarheid en partitietolerantie boven directe consistentie. Daardoor zijn systemen goed schaalbaar en bestand tegen netwerkpartities en uitval van knooppunten.

De afweging is dat u een periode van inconsistentie accepteert, waarin verschillende delen van het systeem mogelijk net verschillende versies van de gegevens zien.

• ACID: richt zich op sterke consistentie, betrouwbaarheid en gegevensintegriteit. Ideaal voor databases op één knooppunt en transacties die direct correcte, strikt consistente gegevens vereisen.
• BASE: geeft voorrang aan beschikbaarheid en partitietolerantie. Accepteert uiteindelijke consistentie. Ideaal voor zeer schaalbare, gedistribueerde systemen waarin enigszins verouderde gegevens acceptabel zijn.

De keuze hangt af van de specifieke vereisten van uw applicatie.

We hebben twee fundamentele benaderingen voor gegevensconsistentie onderzocht:

• ACID: atomiciteit, consistentie, isolatie en duurzaamheid. Garandeert sterke consistentie, wat cruciaal is voor traditionele databases en kritieke transacties.
• BASE: in principe beschikbaar, zachte toestand en uiteindelijke consistentie. Geeft voorrang aan beschikbaarheid en schaalbaarheid en staat tijdelijke inconsistenties toe, wat gebruikelijk is in gedistribueerde microservices.

Als u deze principes begrijpt, kunt u het juiste model voor gegevensconsistentie van uw systeem kiezen.