ACID 是什麼？請解釋 ACID 特性
2024年4月1日
在資料庫的領域當中，有個必須要知道的名詞 ACID，這個詞是由四個字所組成，透過這篇文章，我們一起來了解 ACID、討論 ACID 時有什麼思考點。
先聊聊交易 (transaction)
在講 ACID 之前，要先聊資料庫的交易 (transaction)。所謂的資料庫交易，可以理解成一系列對資料庫的讀取和寫入操作，而所有的操作都要能正常運行，交易才能提交；如果中間有任何的操作失敗，就會要把所有的操作都回滾。
白話一點理解，就是要不就都做，要不然就不做 (all or nothing)。舉例來說，如果今天 A 要轉帳 $1,000 元給 B，這個交易會含有的操作包含，把 A 的餘額減去 1,000，以及把 B 的餘額增加 1,000。如果在轉帳的過程中，銀行系統出問題，導致 A 的餘額減少，但是 B 的沒增加，那就會變得很棘手，為了避免這種狀況，全有或全無的特性就特別重要。
而 ACID 的特性，即是可以用來確保交易都是正確可靠，維護資料的完整性。讓我們進一步來了解 ACID 吧。
Atomicity (原子性)
ACID 的 A 是指原子性，所謂的原子性，是指一個交易中的操作，要不全部完成，要不全部失敗，這也是我們上面所提到的全有或全無的概念。原子性意味著，如果交易過程中，有任何操作失敗，整個交易都需要回滾，讓資料庫回到交易之前的狀態，這也是為什麼過去有人會說，可退回性 (abortability) 是原子性的關鍵。
Consistency (一致性)
ACID 的 C 是指一致性，所謂的一致性代表著，交易開始前與交易開始後，資料庫的完整性沒有被破壞。從轉帳的例子來說，如果原本 A 有 $1,000 元，B 有 $0 元，兩人共 $1,000 元，在完成轉帳後，總合仍是 $1,000 元，金額是穩定不變的。假如在轉完帳後，整個系統的金額變成負的，那就出大問題了，這也是為什麼保持一致性非常重要。
Isolation (隔離性)
ACID 的 I 是指隔離性，所謂的隔離性代表著交易之間不會互相干擾，一個交易內部的操作以及使用的資料，對於其他交易是相互隔離的。以轉帳的例子來說，A 轉帳給 B 這筆交易，跟 C 轉帳給 D 的交易彼此沒有影響。有隔離性的好處在於，如果有併發的交易，資料庫可以防止多個交易併發時交叉執行，導致資料不一致的狀況。
如果沒有做好隔離，可能會導致讀到髒資料 (dirty data)，例如假如 A 交易讀取了某個 B 還沒有提交的交易，該交易把某個用戶的名字，從小鵬改成小傑，而 B 因為某些原因要回滾，所以命字變回小鵬，那麼 A 讀到的小傑，就會是有問題的。
另外，沒做好隔離，也會導致假如今天 C 交易還在進行時，D 交易對某個 C 正在更改的資料做讀取，重複讀取的過程如果 C 交易有改動，那 D 交易前後讀到的就會不一致。
Durability (持久性)
ACID 的 D 是指持久性，所謂的持久性意味對於資料的寫入是永久了，即使系統故障也不會丟失資料。舉例來說，今天你買了一張機票，資料庫記錄你購買的資訊，不會因為系統故障而丟失。
談論 ACID 時的思考點
關於 ACID，有幾個特別可以拉出來談的點，包含：
ACID 不是關聯資料庫獨有的
過去談到 ACID 的特性，多數人會直接聯想到關聯資料庫 (RDBMS)，或說 SQL 資料庫。確實關聯資料庫會有 ACID 的特性，但是現在有許多 NoSQL 資料庫，也有做到 ACID。
ACID 是種取捨
上面提到 ACID 的特點，以及能帶來的好處。然而 ACID 也有顯而易見的問題。舉例來說，從 CAP 理論的角度來看，要能做到一致性，會犧牲可用性。而有些系統其實只需要最終一致性 (eventual consistency)，這時就不一定要選具有 ACID 特性的資料庫，而是可以選擇對於可用性、吞吐量比較有幫助的方案。
用思考框架來看 ACID 上
面提到可以用 CAP 角度來看，除了 CAP 外，BASE (Basically Available, Soft state, Eventual consistency) 也是可以用來協助思考，也許不一定要做到完美的一致性。