Verlässliche und konsistente Daten Was sind die ACID- / AKID-Eigenschaften (einer Datenbank)?

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Erfüllt ein Datenbankmanagementsystem die ACID-Eigenschaften, gelten die Transaktionen und gespeicherten Informationen der Datenbank als verlässlich. Konkret steht das Kürzel ACID für die englischen Begriffe der vier Eigenschaften Atomicity, Consistency, Isolation und Durability. Die deutschen Begriffe lauten Atomarität, Konsistenz, Isolation und Dauerhaftigkeit (AKID). Das AKID-Prinzip beschreibt Regeln, wie relationale Datenbankmanagementsysteme mit Transaktionen und Daten zu verfahren haben.

ACID setzt sich aus den vier Anfangsbuchstaben der englischen Wörter Atomicity, Consistency, Isolation und Durability zusammen. Sie bedeuten im Deutschen „Atomarität“, „Konsistenz“, „Isolation“ und „Dauerhaftigkeit“. Manchmal wird gemäß den deutschen Begriffen deshalb das Kürzel „AKID“ verwendet.

Die AKID-Eigenschaften einer relationalen Datenbank stellen sicher, dass die gespeicherten Daten verlässlich und konsistent sind. Über die AKID-Regeln ist beschrieben, wie Datenbankmanagementsysteme mit Transaktionen und Daten zu verfahren haben. Die einzelnen Vorgänge und Transaktionen müssen für verlässliche, konsistente Daten das AKID-Prinzip einhalten. Werden die AKID-Regeln erfüllt, können Fehler während einer Transaktion nicht zu fehlerhaften oder inkonsistenten Datenbeständen führen. Manuelle Recherchen und Korrekturen der Fehler werden dank ACID vermieden.

Das Akronym geht auf eine Arbeit der Informatiker Theo Härder und Andreas Reuter aus dem Jahr 1983 zurück. Mittlerweile gibt es ISO/IEC-Normen, in denen das ACID-Prinzip beschrieben ist. Während für klassische relationale Datenbanken das AKID-Prinzip Anwendung findet, werden die Eigenschaften von Datenbanken auf verteilten Systemen vom sogenannten CAP-Theorem beschrieben. Das Kürzel CAP steht für Consistency, Availability und Partition Tolerance („Konsistenz“, „Verfügbarkeit“ und „Partitionstoleranz“). Das CAP-Theorem besagt, dass es in einem verteilten System nicht möglich ist, alle diese drei Eigenschaften gleichzeitig einzuhalten.

Die vier ACID-Grundprinzipien im Detail

Im Folgenden kurze Beschreibungen der vier AKID-Grundprinzipien:

Atomarität (Atomicity): Atomarität besagt, dass die Einzelschritte einer Transaktion entweder alle oder gar nicht ausgeführt werden. Transaktionen sind erst gültig, wenn sie vollständig abgeschlossen sind. Bei einem Fehler während eines Einzelschritts muss das System dafür sorgen, dass alle bereits erfolgten Änderungen wieder rückgängig gemacht werden. Sämtliche Informationen einer abgebrochenen Transaktion sind aus der Datenbank zu entfernen. Zur Sicherstellung der Atomarität verwenden Datenbankmanagementsysteme Verfahren wie Logging.

Konsistenz (Consistency): Wird eine Transaktion in einer zuvor konsistenten Datenbank erfolgreich abgeschlossen, hinterlässt sie wieder einen konsistenten Zustand. Vor dem Abschluss der Transaktion sind die hierfür definierten Bedingungen wie die Einhaltung von Wertebereichen, eindeutige Beziehungen oder das Vorhandensein der Schlüsseleigenschaften zu prüfen. Eine Verletzung der Bedingungen führt zur Abweisung der Transaktion und Rücksetzung der Daten auf den vorherigen konsistenten Zustand.

Isolation (Isolation): Durch Isolation ist sichergestellt, dass die gleichzeitige Nutzung einer Datenbank von mehreren Anwendern oder Prozessen keine negativen Auswirkungen wie das gegenseitige Überschreiben oder Löschen einzelner Datensätze hat. Für die Benutzer erscheint die Datenbanknutzung exklusiv. Ihre Transaktionen und parallelen Zugriffe beeinflussen sich gegenseitig nicht. Um die Isolation zu realisieren, setzen Datenbankmanagementsysteme Sperrverfahren ein.

Dauerhaftigkeit (Durability): Nach der erfolgreichen Ausführung einer Transaktion sind die Daten dauerhaft in der Datenbank gespeichert. Ein Systemausfall, Software-, Hardware- oder Storage-Fehler dürfen nicht dazu führen, dass Daten verschwinden und nicht mehr hergestellt werden können. Datenbankmanagementsysteme realisieren die Dauerhaftigkeit der Daten durch das Protokollieren von Transaktionen. Nach einem Ausfall lassen sich die Daten durch das Reproduzieren der protokollierten Transaktionen rekonstruieren.

Welche Vorteile entstehen durch die Einhaltung der AKID-Eigenschaften einer Datenbank?

• mehrere Benutzer oder Prozesse können parallel mit der gleichen Datenbank arbeiten, ohne dass sie sich gegenseitig behindern oder Dateninkonsistenzen erzeugen,

• die Konsistenz des Datenbestands ist zu jeder Zeit sichergestellt, eine aufwendige manuelle Fehlersuche ist nicht notwendig,

• Systemausfälle führen weder zu Datenverlust noch zu Inkonsistenzen,

• Daten bleiben dauerhaft gespeichert und lassen sich nach Ausfällen oder Fehlern wieder herstellen,

• abgebrochene Transaktionen hinterlassen keine undefinierten Datenzustände.

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