必須重新理解ACID作為事務(wù)系統(tǒng)屬性的含義，而不管底層數(shù)據(jù)模型如何。

譯自Can NoSQL Databases Be ACID Compliant?，作者 Srinivasan Seshadri。

ACID特性概念傳統(tǒng)上與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致對其在NoSQL系統(tǒng)中適用性的誤解。一些知名網(wǎng)站，例如AWS，斷言NoSQL無法符合ACID特性。與這些觀點相反，ACID（原子性、一致性、隔離性、持久性）并非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫所獨有，而是事務(wù)處理系統(tǒng)的基石。

讓我們探討這些誤解以及為什么NoSQL數(shù)據(jù)庫能夠——而且經(jīng)常——遵守ACID特性。

早期的NoSQL系統(tǒng)優(yōu)先考慮性能和可用性，經(jīng)常放松ACID保證，這導(dǎo)致了NoSQL本質(zhì)上不符合ACID特性的認(rèn)知。

另一個重要的混淆來源在于對ACID中“C”（一致性）的解釋。許多人錯誤地認(rèn)為它要求引用完整性約束，而NoSQL數(shù)據(jù)庫通常不支持這一點。然而，ACID的一致性概念更廣泛，并不固有地要求引用完整性，允許NoSQL數(shù)據(jù)庫在適當(dāng)?shù)那闆r下實現(xiàn)ACID一致性。

ACID的起源

原子性、一致性和持久性屬性是由Jim Gray在其關(guān)于事務(wù)的開創(chuàng)性論文中提出的。雖然ACID首字母縮略詞后來才出現(xiàn)，但基本概念起源于Gray對事務(wù)處理的討論。值得注意的是，Gray對一致性的定義并不依賴于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫特有的引用完整性約束。相反，它包含一個更廣泛的概念：

“事務(wù)是對狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，具有原子性（全部或無）、持久性（效果能夠在故障后存活）和一致性（正確的轉(zhuǎn)換）的特性?！?/span>

Jim Gray和Andreas Reuter后來這樣定義一致性：

“事務(wù)是對狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)換。作為一個組采取的行動不會違反與狀態(tài)相關(guān)的任何完整性約束。這要求事務(wù)是一個正確的程序。”

這突出表明，ACID是一個用于確保事務(wù)處理系統(tǒng)（無論是否為關(guān)系型）正確性和可靠性的框架。

事務(wù)處理系統(tǒng)：更廣泛的背景

此外，Gray和Reuter將事務(wù)處理系統(tǒng)定義為：

“事務(wù)處理系統(tǒng)（TP系統(tǒng)）管理與數(shù)據(jù)庫交互以表示和操作現(xiàn)實世界狀態(tài)的應(yīng)用程序。它們通常支持分布式、具有嚴(yán)格可用性和性能要求的異構(gòu)環(huán)境。歷史上，TP系統(tǒng)開創(chuàng)了諸如容錯存儲、分布式計算以及最值得注意的是ACID特性等概念?！?/span>

甚至在關(guān)系型系統(tǒng)之前，例如IBM在20世紀(jì)70年代的信息管理系統(tǒng)(IMS)，就已經(jīng)支持ACID事務(wù)，遠(yuǎn)在該首字母縮略詞被創(chuàng)造出來之前。

ACID特性：分層視角

ACID一致性可以理解為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)各個層提供的一組保證：

這些層說明ACID一致性是整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)協(xié)調(diào)保證的結(jié)果。特別是，這些保證是由查詢語言或數(shù)據(jù)模型層以下的層提供的，這些層可以通過引入更多關(guān)于該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須確保的完整性約束的概念來增加ACID保證。

一致性：ACID與CAP

一個常見的混淆來源是ACID和CAP（一致性、可用性、分區(qū)容忍性）中“一致性”一詞的雙重使用。在ACID中，一致性指的是事務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換相對于用戶定義約束（例如主鍵、引用完整性）的正確性。在CAP中，一致性表示分布式系統(tǒng)中副本之間的數(shù)據(jù)一致性。

請注意：

• 在嚴(yán)格串行化隔離級別下運行的符合ACID特性的分布式數(shù)據(jù)庫固有地滿足CAP的一致性（線性化）要求。
• 缺乏CAP一致性（線性化）意味著未能滿足ACID的原子性和嚴(yán)格串行化隔離保證。

BASE與ACID的二分法

BASE（基本可用，軟狀態(tài)，最終一致性）理念隨著NoSQL數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)而出現(xiàn)，以解決Web應(yīng)用程序的可擴展性需求。早期的NoSQL系統(tǒng)優(yōu)先考慮可用性和分區(qū)容錯性，通常會放寬ACID保證。這種區(qū)別導(dǎo)致了一種誤解，即NoSQL數(shù)據(jù)庫無法實現(xiàn)ACID一致性。

然而，NoSQL系統(tǒng)的發(fā)展模糊了這些界限。許多現(xiàn)代NoSQL數(shù)據(jù)庫現(xiàn)在支持：

• 強一致性模型（CAP中的C）
• 具有串行化保證的事務(wù)（ACID中的A、I和D）
• 主鍵等約束的強制執(zhí)行

NoSQL系統(tǒng)中的ACID一致性

一些NoSQL數(shù)據(jù)庫聲稱具有ACID一致性，并有強大的技術(shù)實現(xiàn)作為支撐。但是，請注意，并非所有這些系統(tǒng)都可以在嚴(yán)格的串行化隔離級別運行。例如：

• DynamoDB:根據(jù)AWS，“DynamoDB支持原子性、一致性、隔離性和持久性（ACID）事務(wù)，從而能夠跨表內(nèi)和跨表中的多個項目實現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯?！?提供具有嚴(yán)格ACID保證的多文檔事務(wù)。
• MongoDB提供具有嚴(yán)格 ACID 保證的多文檔事務(wù)。
• Aerospike:將在2025年初的8.0服務(wù)器版本中發(fā)布對嚴(yán)格可串行化ACID事務(wù)的支持。
• Databricks的Delta Lake:在分布式對象存儲上提供ACID兼容的表存儲。

這些例子表明，NoSQL數(shù)據(jù)庫能夠并且確實實現(xiàn)了ACID一致性，這使得它們適合于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序。

結(jié)論

ACID不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的遺留物，而是事務(wù)處理系統(tǒng)中的一個基礎(chǔ)概念?，F(xiàn)代NoSQL數(shù)據(jù)庫已經(jīng)發(fā)展到包含ACID保證，挑戰(zhàn)了它們天生就是“BASE”的過時說法。隨著數(shù)據(jù)庫生態(tài)系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新，必須重新定義我們對ACID的理解，將其視為事務(wù)系統(tǒng)的屬性，而不管底層數(shù)據(jù)模型如何。

通過消除這些誤解，我們可以更好地理解NoSQL數(shù)據(jù)庫在為各種應(yīng)用程序提供可靠、一致和可擴展的解決方案方面的能力。