先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「トランザクションって何ですか?データベースで聞いたことがあるんですけど、難しそうで……」

先生

「トランザクションは、データベースの操作を安全に行うための仕組みです。例えば、銀行の振込みを想像してください。お金を引き出して、相手の口座に入金する。この二つの処理は必ず両方成功しないと困りますよね?」

生徒

「確かに!片方だけ成功したら大変ですね。お金が消えちゃったり……」

先生

「その通りです。トランザクションは、複数の処理をひとまとまりにして、全部成功するか、全部失敗するかのどちらかにする仕組みなんです。今日は初心者の方でもわかるように、順番に説明していきますね。」

1. トランザクションとは?データベース操作の基本概念

トランザクションとは、データベースに対して行う一連の処理をひとまとまりとして扱う仕組みのことです。この仕組みがあることで、データの整合性を保ちながら安全にデータベースを操作できます。

身近な例で考えてみましょう。ATMでお金を振り込むとき、以下の処理が行われます。

あなたの口座から指定金額を引き出す
相手の口座に同じ金額を入金する

もし途中でシステムエラーが起きて、引き出しだけ成功して入金が失敗したら大問題です。トランザクションは、このような事態を防ぐために、すべての処理が成功した場合のみデータを確定し、途中で失敗したら全部を元に戻す(ロールバック)という動作をします。

2. トランザクションがない場合の問題点

トランザクションを使わない場合、どのような問題が起こるのでしょうか。具体的な例を見てみましょう。

例えば、オンラインショップで商品を購入する場合を考えます。在庫管理のテーブルと注文履歴のテーブルがあるとします。

在庫テーブル(products)


id | product_name | stock
---+--------------+-------
1  | ノートPC     | 5
2  | マウス       | 20
3  | キーボード   | 15

お客様が「ノートPC」を1台購入したとします。この場合、以下の処理が必要です。

在庫テーブルの「ノートPC」の在庫を1減らす
注文履歴テーブルに注文情報を追加する

もしトランザクションを使わずに処理を行い、在庫を減らした直後にシステムがダウンしたら、在庫だけが減って注文履歴が残らない状態になってしまいます。これでは何が起きたのか記録が残らず、管理が混乱してしまいます。

3. SQLでトランザクションを使う基本的な書き方

SQLでトランザクションを使用する場合、基本的に以下の3つのコマンドを使います。

トランザクションの基本コマンド

BEGIN または START TRANSACTION:トランザクションの開始
COMMIT:トランザクションの確定(変更を保存)
ROLLBACK:トランザクションの取り消し(変更を元に戻す)

それでは、実際のSQL文を見てみましょう。銀行口座の振込処理を例にします。

処理前の口座テーブル(accounts)


id | account_name | balance
---+--------------+---------
1  | 田中一郎     | 50000
2  | 山田花子     | 30000
3  | 佐藤次郎     | 100000
4  | 鈴木三郎     | 75000

田中一郎さんから山田花子さんへ10000円を振り込むトランザクション処理です。


BEGIN;

UPDATE accounts
SET balance = balance - 10000
WHERE account_name = '田中一郎';

UPDATE accounts
SET balance = balance + 10000
WHERE account_name = '山田花子';

COMMIT;

このSQL文では、まず「BEGIN」でトランザクションを開始します。その後、田中さんの残高から10000円を引き、山田さんの残高に10000円を加えます。最後に「COMMIT」で変更を確定します。

処理後の口座テーブル(accounts)


id | account_name | balance
---+--------------+---------
1  | 田中一郎     | 40000
2  | 山田花子     | 40000
3  | 佐藤次郎     | 100000
4  | 鈴木三郎     | 75000

トランザクションが正常に完了すると、このようにデータが更新されます。両方の処理が成功して初めてCOMMITされるため、データの整合性が保たれます。

4. エラーが起きたときのロールバック処理

トランザクション処理の途中でエラーが発生した場合、ROLLBACKコマンドを使ってすべての変更を取り消すことができます。これにより、データベースは処理前の状態に戻ります。

処理前の商品在庫テーブル(inventory)


id | item_name      | quantity | price
---+----------------+----------+-------
1  | りんご         | 100      | 150
2  | バナナ         | 80       | 200
3  | みかん         | 120      | 100
4  | ぶどう         | 50       | 300
5  | いちご         | 30       | 400

在庫を更新する処理で、途中でエラーが発生した場合の例を見てみましょう。


BEGIN;

UPDATE inventory
SET quantity = quantity - 10
WHERE item_name = 'りんご';

UPDATE inventory
SET quantity = quantity - 5
WHERE item_name = 'バナナ';

ROLLBACK;

このSQL文では、りんごとバナナの在庫を減らす処理を行っています。しかし、何らかの理由で処理を中断する必要が生じたため、最後に「ROLLBACK」を実行しています。

ROLLBACK後の商品在庫テーブル(inventory)


id | item_name      | quantity | price
---+----------------+----------+-------
1  | りんご         | 100      | 150
2  | バナナ         | 80       | 200
3  | みかん         | 120      | 100
4  | ぶどう         | 50       | 300
5  | いちご         | 30       | 400

ROLLBACKを実行すると、BEGIN以降に行ったすべての変更が取り消され、データは元の状態に戻ります。りんごとバナナの在庫は減っていません。

5. トランザクションのACID特性とは

トランザクションには、データベースの信頼性を保証するための4つの重要な特性があります。これらは頭文字を取って「ACID特性」と呼ばれています。

Atomicity(原子性)

トランザクション内の処理は全て実行されるか、全て実行されないかのどちらかです。途中の状態では終わりません。

Consistency(一貫性)

トランザクションの前後でデータベースの整合性が保たれます。矛盾した状態にはなりません。

Isolation(独立性)

複数のトランザクションが同時に実行されても、お互いに影響を与えません。

Durability(永続性)

一度COMMITされたデータは、システム障害が起きても失われません。

これらの特性により、データベースは常に正しい状態を保つことができます。特に、複数のユーザーが同時にデータベースを操作するような大規模なシステムでは、このACID特性が非常に重要になります。

6. 実践的なトランザクション処理の例

最後に、オンラインショップでの注文処理という実践的な例を見てみましょう。この処理では、複数のテーブルを更新する必要があります。

処理前のテーブル状態

商品テーブル(products)


id | product_name   | stock | price
---+----------------+-------+-------
1  | スマートフォン | 10    | 80000
2  | タブレット     | 15    | 50000
3  | イヤホン       | 50    | 8000

注文テーブル(orders)


id | customer_name | product_id | quantity | total_price
---+---------------+------------+----------+-------------
1  | 高橋健太      | 2          | 1        | 50000
2  | 伊藤美咲      | 3          | 2        | 16000

新しい注文を処理するトランザクションのSQL文は以下のようになります。


BEGIN;

UPDATE products
SET stock = stock - 1
WHERE id = 1 AND stock >= 1;

INSERT INTO orders (customer_name, product_id, quantity, total_price)
VALUES ('中村良太', 1, 1, 80000);

COMMIT;

このトランザクションでは、まず商品テーブルの在庫を1減らし、次に注文テーブルに新しい注文レコードを追加します。両方の処理が成功した場合のみCOMMITされます。

処理後のテーブル状態

商品テーブル(products)


id | product_name   | stock | price
---+----------------+-------+-------
1  | スマートフォン | 9     | 80000
2  | タブレット     | 15    | 50000
3  | イヤホン       | 50    | 8000

注文テーブル(orders)


id | customer_name | product_id | quantity | total_price
---+---------------+------------+----------+-------------
1  | 高橋健太      | 2          | 1        | 50000
2  | 伊藤美咲      | 3          | 2        | 16000
3  | 中村良太      | 1          | 1        | 80000

トランザクションが正常に完了すると、在庫が減り、注文が記録されます。もし在庫が足りない場合や、何らかのエラーが発生した場合は、ROLLBACKによって変更が取り消され、データの整合性が保たれます。