トランザクションとは？意味と基本的な役割を解説

プログラマーやエンジニアを目指す方、そして現役のエンジニアの方々にとって、「トランザクション」は重要な概念です。しかし、その意味や役割を正確に理解している人は意外と少ないかもしれません。

本記事では、「トランザクション」という言葉の意味と、その基本的な役割について詳しく解説します。トランザクションについて理解を深めたい方や、知識を整理したい方にとって、有益な情報源となるでしょう。

トランザクションは、IT業界やビジネス分野で広く使用される用語です。その意味や適用範囲は文脈によって異なることがありますが、本記事では主にIT分野におけるトランザクションに焦点を当てて解説していきます。

これから説明する内容を理解することで、データベース設計やシステム開発において、より信頼性の高い処理を実装できるようになるでしょう。それでは、トランザクションの世界に踏み込んでいきましょう。

トランザクションとは？

プログラマーやエンジニアを目指す方、あるいは現役のエンジニアの方々にとって、「トランザクション」という用語は耳にしたことがあるものの、その意味を正確に理解していない方も少なくありません。本記事では、「トランザクション」の意味と基本的な役割について詳しく解説します。

「トランザクション」という言葉は、主に2つの分野で異なる意味合いを持っています

● IT業界
● ビジネス

IT業界では、トランザクションはソフトウェアの処理方式を指し、特にデータベース管理システムにおいて重要な役割を果たします。一方、ビジネスの文脈では、トランザクションは商取引を意味し、商品の購入や売却、支払いや受取などの個々の取引行為を指します。

これらの意味の違いを理解することは、トランザクションの概念を正確に把握する上で重要です。以降のセクションでは、それぞれの分野におけるトランザクションの詳細な意味と役割について解説していきます。

IT業界ではソフトウェアの処理方式

IT業界では、「トランザクション」はソフトウェアの処理方式のことを言います。この処理方式の詳細については後述しますが、「トランザクション」は特に「データベース管理システム」において重要な役割を果たしています。データの整合性を保ち、システムの信頼性を確保するために不可欠な概念です。

ITシステム開発者やプログラマーにとって、トランザクションを意識した開発を行うことは極めて重要です。トランザクション処理を適切に実装することで、データの一貫性や完全性を保証し、システムの安定性と信頼性を向上させることができます。そのため、IT業界におけるトランザクションの理解は、高品質なソフトウェア開発において欠かせない要素となっています。

ビジネスでは商取引

ビジネスにおける「トランザクション」という言葉は、「商取引」のことを意味します。具体的には、商品の購入や売却、支払いや受取など、取引における個々の行為そのもののことを言います。

例えば、商品の「購入」と「支払い」という2つの行為がトランザクションとして結び付いています。「支払いが完了するまで商品の引き渡しが行われない」といったように、トランザクション（「購入」と「支払い」）が完了しなければ、取引自体が成立しません。

ビジネスにおけるトランザクションは、取引の円滑な進行に欠かせない概念であり、正確かつ安全な処理が求められるものです。多くの企業や組織では、トランザクションを適切に管理することで、ビジネスプロセスの効率化や取引の透明性向上を図っています。また、トランザクションの記録は、会計や監査の目的でも重要な役割を果たしています。

トランザクションの語源

「トランザクション」の語源は、ラテン語の「transactio（トランザクティオ）」から来ています。ラテン語で「取引、達成、成就」の意味があり、英語圏でも「transaction」と呼ばれ、ビジネスや金融、さらにIT分野で広く使われています。

中世ラテン語では、法的契約の取り決めや実行を指す用語として使用されていました。その後、この用語はビジネスや金融分野において広く使用されるようになり、さらにはIT分野においても、コンピューター上での取引処理を指す用語として定着しています。

語源学的には、「trans-」（横切る、越える）と「agere」（行動する、実行する）というラテン語の要素から構成されており、「ある行為を完遂する」という意味合いを持っています。この語源的な意味が、現代のビジネスやIT分野における「トランザクション」の概念、つまり一連の処理を完全に実行するという考え方に反映されています。

トランザクション処理とは？

トランザクション処理とは、データベースやオンライン取引などのシステムで、「一連の操作を一つの論理的な処理単位としてまとめ、処理の完了を保証する仕組み」のことです。

この仕組みは、複数のデータ処理ステップが存在する場合に特に重要となります。トランザクション処理では、全てのステップを完了するか、またはどれか一つでも失敗した場合に全ての操作を元に戻すことができます。例えば、一連のデータ処理の途中で何らかの問題が発生した場合には、データ整合性を保つために、それまでの操作を全て元の状態に戻します。

トランザクション処理は、データの整合性やセキュリティを保つために不可欠な技術です。特に、金融システムやeコマースプラットフォームなど、データの正確性と信頼性が重要視される分野で広く利用されています。

さらに、トランザクション処理は、システムの信頼性を高めるだけでなく、複雑な業務プロセスを効率的に管理することも可能にします。例えば、在庫管理と注文処理を同時に行う場合、トランザクション処理によって両方の操作が確実に完了することを保証できます。

このように、トランザクション処理は現代のITシステムにおいて欠かせない技術であり、信頼性の高いシステムを構築するために必須となる重要な概念です。

トランザクション処理の事例

「一連の操作を一つの論理的な処理単位としてまとめ、処理の完了を保証する仕組みのこと」がトランザクション処理であると解説しましたが、よりイメージできるよう、いくつかのシステムにおける事例を紹介します。

トランザクション処理の事例には、以下のようなものがあります。

● 銀行ATMでの預金引き出し
● オンラインショップでの商品購入
● ホテルや航空会社の予約システムでの予約処理

銀行ATMの預金引き出しでは、預金を引き出すと、引き出した金額を差し引いて残高を更新しますが、もし何らかの理由で要求した金額が引き出せなかった場合には、処理を全て取り消せます。

オンラインショップの商品購入では、商品を購入すると、支払いが完了する前に在庫数が更新されて商品が減らされますが、もし支払いが完了しなかった場合には、在庫数の変更を取り消せます。

ホテルや航空会社の予約システムでの予約処理では、ユーザーが予約を行うと予約枠を確保し、予約情報をデータベースに保存しますが、予約が完了しなかった場合には、予約枠を元に戻せます。

このように、トランザクション処理は、私たちの日常生活の中で馴染みのあるシステムでもよく使われています。私たちは日常生活であまり意識しませんが、「トランザクション処理によってシステムが正常に機能している」といっても過言ではありません。

トランザクションの条件

トランザクション処理には、4つの重要な条件があります。これらの条件は、データの整合性と信頼性を確保するために不可欠な要素です。トランザクションが正常に機能するためには、これらの条件を満たす必要があります。以下に、トランザクションの4つの条件を示します。

● 原子性（Atomicity）
● 一貫性（Consistency）
● 独立性（Isolation）
● 永続性（Durability）

これらの条件は、頭文字を取って「ACID特性」とも呼ばれています。各条件は、トランザクション処理において異なる役割を果たしており、それぞれが重要な意味を持っています。これらの条件を詳しく理解することで、トランザクション処理の仕組みと重要性をより深く把握することができます。

それでは、これらの条件について順番に解説していきます。各条件の特徴と、それらがトランザクション処理においてどのように機能するかを見ていきましょう。

原子性（Atomicity）

原子性とは、「トランザクションの全ての操作が完了するか、または全く実行されなかった場合に限り、トランザクションを完了させる」という特性のことです。これは、トランザクション処理において不可欠な要素であり、データの整合性を保つ上で重要な役割を果たします。

もし、トランザクションの実行中に何らかのエラーが発生して途中で処理が中断された場合、その処理の途中までの結果をデータベースに反映するのではなく、元の状態に戻すことでトランザクションを無効にします。この仕組みにより、データベースの状態が常に一貫性を保つことができます。

原子性が保たれることによって、データベースの信頼性が高まり、システム全体の安定性が向上します。例えば、銀行取引や在庫管理システムなど、正確性が求められる場面で特に重要な役割を果たします。

このように、トランザクション処理で原子性が保たれることによってデータの整合性が保たれ、データベースの状態が正確になり、信頼性も高くなります。

一貫性（Consistency）

一貫性とは、「実行前と実行後のデータベースの状態が整合的である」という特性のことです。トランザクションの実行によってデータベース内の情報が変更された場合、その変更がトランザクション完了後に正確に反映されることが保証されなければいけません。

例えば、ある銀行口座の残高を20,000円から10,000円に減らすトランザクションがあるとします。このトランザクションが完了した後、データベース内の銀行口座の残高は10,000円になっていなければいけません。これは、トランザクションの一貫性が保たれているということです。

もし、トランザクション処理中に何らかのエラーが発生して途中で処理が中断された場合、元の状態（20,000円の残高の状態）に戻すことで、トランザクションを無効にし、データベースの状態を一貫性のある状態に保ちます。この仕組みにより、データベース全体の整合性が維持され、信頼性の高いシステムが実現されます。

独立性（Isolation）

独立性とは、「複数のトランザクションが同時に実行された場合でも、それぞれのトランザクションが互いに影響を与えない」特性のことです。

例えば、銀行口座の残高を増やすトランザクションと、同時に銀行口座からの引き出しを行うトランザクションがあったとします。この場合、両方のトランザクションが同時に実行されてもエラーを発生させず、それぞれのトランザクションが完了するまで、口座残高が変更されないことが保証されなければいけません。

データベース管理システムなどでは、トランザクション処理の独立性を保証するために、排他制御や同時実行制御などの仕組みを備えています。これらの仕組みにより、複数のトランザクションが同時に実行されても、データの整合性が保たれ、各トランザクションが互いに干渉することなく正常に処理されることが確保されます。

永続性（Durability）

永続性とは、「トランザクション完了後、その処理結果がデータベースに永続的に保存される」という特性のことです。

例えば、銀行口座の残高を増やすトランザクションが正常に完了した場合、その処理結果がデータベースに保存され、以降の取引や残高照会に反映されます。残高を増やすトランザクションが完了した後に、その処理結果がデータベースから消失してしまうと、その後の取引で残高が不足してしまう可能性があります。

データベース管理システムは、トランザクションの処理結果を永続化するために、トランザクションログと呼ばれる仕組みを備えています。トランザクションログは、トランザクションが実行された際に発生する全てのデータベースの変更を記録し、必要に応じてトランザクションのロールバック（処理前の状態に戻すこと）や再実行を行うために使用されます。

この永続性の特性により、システム障害やハードウェア故障が発生した場合でも、データの整合性が保たれ、信頼性の高いデータ管理が可能となります。また、永続性はデータのバックアップや復旧プロセスにも密接に関連しており、システムの可用性を高める重要な要素となっています。

トランザクションとブロックチェーンの関係性

トランザクションは「ブロックチェーン」と密接な関係性があります。ブロックチェーンとは、複数の参加者が管理する分散型データベースのことです。このブロックチェーンは複数のトランザクションを「ブロック」と呼ばれる単位にまとめ、リストのように連結したものです。

例えば、仮想通貨での送金処理はトランザクション処理の一例です。AさんからBさんへ仮想通貨を送金する場合、送信者（Aさん）の電子署名と公開鍵、送金する金額、送金先（Bさん）のウォレットアドレスなどを「ブロック」へ記録する処理（トランザクション）が行われます。

トランザクションが発生するたびに、その情報が新しいブロックに追加されます。新しいブロックは過去のブロックと連鎖状に結び付けられ、変更があった場合には、それを検知して無効化するためのハッシュ値が算出されます。

トランザクションの情報はブロックチェーン上で完全に公開され、改ざんされることはありません。これは、ブロックチェーンが分散型台帳であるため、一つのノードで情報を改ざんしても、他のノードが正しい情報を持っているため、改ざんが即座に検知されるためです。

このように、トランザクションとブロックチェーンは密接に関連しており、ブロックチェーン技術が分散型の信頼性の高いデータベースを実現するために、トランザクションの確実な記録が必要不可欠な要素となっています。ブロックチェーンの特性である透明性、改ざん耐性、分散性は、トランザクションの信頼性と安全性を大幅に向上させています。

関連記事：ブロックチェーンとは！仕組みや活用シーンなどを解説！

トランザクションに関連する言葉

トランザクションの概念を深く理解するためには、関連する用語についても知っておく必要があります。本セクションでは、トランザクションに密接に関連する重要な用語について解説します。これらの用語を理解することで、トランザクション処理やデータベース管理に関する文献や技術資料をより深く理解することができるでしょう。

以下に、トランザクションに関連する主要な用語を列挙します。

● ACID特性
● 分散トランザクション処理
● TPモニタ
● データベース管理システム
● SQL
● SQLクエリ
● コミット
● ロールバック
● バックアップ

これらの用語は、データベース管理やトランザクション処理の分野で頻繁に使用されます。各用語の詳細な説明は、以降のサブセクションで順を追って解説していきます。これらの用語を理解することで、トランザクションに関する技術文書や専門書をより深く理解することができるでしょう。

ACID特性

ACID特性とは、前述の「トランザクションの条件」で解説した、4つの特性の頭文字を表す言い方のことです。

4つの特性とは、下記の通りです。

● Atomicity（原子性）
● Consistency（一貫性）
● Isolation（独立性）
● Durability（永続性）

上記4つの頭文字をとって「ACID」特性と言われます。これらの特性は、データベース管理システムにおいて信頼性の高いトランザクション処理を実現するための基本的な要件となっています。各特性は互いに関連し合い、トランザクションの整合性と信頼性を確保する上で重要な役割を果たしています。

分散トランザクション処理

分散トランザクション処理とは、複数のコンピュータやネットワークを介して、複数のデータベースにまたがるトランザクションを実行する処理のことです。

分散トランザクションには以下のメリットがあります。

● システム障害時のリスク分散
● システムの規模拡大への柔軟な対応

しかし、複数のデータベースにまたがるトランザクション処理は、システムの複雑さと遅延の問題を引き起こすこともあります。そのため、分散トランザクション処理を実行する場合には、データの整合性と完全性を確保するために、注意深く設計と実装が必要です。

分散トランザクション処理は、大規模なシステムや複数の組織間でデータを共有する必要がある場合に特に重要です。例えば、銀行間の送金や、複数の拠点を持つ企業の在庫管理システムなどで活用されています。

また、分散トランザクション処理を実現するためには、二相コミットプロトコルなどの特殊な仕組みが使用されることがあります。これにより、複数のデータベース間での整合性を保ちつつ、トランザクションの完了を保証することができます。

TPモニタ

TPモニタとは、「Transaction Processing Monitor」の略で、トランザクション処理システムを監視するためのツールのことです。

TPモニタは、トランザクション処理の実行状況や性能、エラーの有無などをリアルタイムでモニタリングできます。その他、エラーを分析したり、トランザクションの再実行やロールバックしたりすることが可能です。また、システムの負荷分散や障害時の自動復旧機能を提供することもあります。

TPモニタは、トランザクション処理システムの監視やトラブルシューティングに欠かせないツールで、多くの企業や組織が、TPモニターを活用して、トランザクション処理システムの性能や安定性を確保しています。大規模なオンラインシステムや金融機関のミッションクリティカルな環境において、特に重要な役割を果たしています。

データベース管理システム

データベース管理システム（Database Management System、略称：DBMS）とは、データベースを効率的に管理・運用するためのソフトウェアのことです。データベースには、複数の関連するテーブルやデータが格納されていますが、DBMSを使用することで、以下のような重要な機能を実現できます。

● データの操作（検索・更新・削除・追加など）
● データの種類や構造の定義
● データへのアクセス権制御
● データのバックアップと復元
●データの整合性の維持
●トランザクション管理 

これらの機能は、データベースの管理や保護を行う上で欠かせません。DBMSは、複数のユーザーが同時にデータにアクセスする際の競合を防ぎ、データの一貫性を保つ役割も果たします。

参考までに、一般的なデータベース管理システムには、以下のようなものがあります。

● Oracle Database
● Microsoft SQL Server
● MySQL
● PostgreSQL
● IBM Db2
● MongoDB（NoSQL）

これらは商用やオープンソースで提供されており、それぞれ特徴や適用範囲などが異なります。企業や組織は、自身のニーズや規模、予算に応じて適切なDBMSを選択し、効率的なデータ管理を実現しています。

SQL

SQLとは、Structured Query Languageの略で、データベースのデータ操作や管理に使用される「標準的な」データベース言語のことです。

トランザクションでSQLを使用する場合は、トランザクションが実行する操作（クエリ）をSQL文で記述して、データベース管理システムに対して発行することで、データベース上のデータを操作できます。

SQL文による処理には、データの挿入、更新、削除、検索などがあります。SQLの構文や機能は標準化されており、多くのデータベース管理システムに対応しているため、汎用性が高く、プログラマーやデータベース管理者にとっても覚えやすい言語です。

SQLは、リレーショナルデータベース管理システム（RDBMS）との通信に広く使用されており、データの定義、操作、制御を行うための包括的な言語として機能します。その簡潔さと強力な機能性により、データベース管理の効率を大幅に向上させることができます。

SQLクエリ

SQLクエリとは、データベース管理システムに対してトランザクションが実行するデータ操作を行うためのSQL文のことです。SQLクエリは、データベース上のデータを操作するための命令で、データベース管理システムに対して発行されます。

SQLクエリには、主に以下のような種類があります。

● SELECT文：データの検索や抽出を行う
● INSERT文：データの挿入を行う
● UPDATE文：データの更新を行う
● DELETE文：データの削除を行う

これらのSQLクエリを使用することで、データベース内のデータを効率的に操作し、必要な情報を取得したり、データを更新したりすることができます。SQLクエリは、データベース管理システムとの対話を可能にし、トランザクション処理の基盤となる重要な要素です。

コミット

コミット（Commit）とは、データベースにおいてトランザクションが正常に完了したことを示すための処理のことです。

トランザクションが成功した場合には、変更されたデータを永続化し、データベースの状態を更新するためにコミット処理を実行します。一方で、トランザクションが失敗した場合には、変更されたデータを破棄するためにロールバック処理を実行します。

コミット処理とロールバック処理は、トランザクションの完了のために必要な処理であり、トランザクション処理の原子性と永続性を保証するために欠かせないものです。

ロールバック

ロールバック（Rollback）とは、トランザクションが失敗した場合に、変更されたデータを元に戻すための処理のことです。

トランザクションが失敗したときに、変更されたデータがそのままだと、データ破損が起きたり不整合が発生したりします。トランザクションが失敗した場合には、データベースの状態をトランザクション開始前の状態に戻して、変更されたデータを破棄するためにロールバック処理を実行します。

これにより原子性が保たれ、トランザクションが正常に完了しなかったとしても、データの整合性を維持できます。

バックアップ

バックアップとは、トランザクションがデータベースに影響を与える前に、現在のデータベースの状態を保存することを言います。バックアップを行うことにより、もしトランザクションが失敗した場合でも、以前のデータベースの状態に簡単に戻せます。

バックアップには以下のような種類があります。

● 完全バックアップ
● 差分バックアップ
● 増分バックアップ

完全バックアップとは、全てのデータベースのコピーを作成する処理のことです。差分バックアップとは、前回の完全バックアップ以降に変更されたデータのみをバックアップする処理のことです。増分バックアップとは、前回のバックアップ以降に追加されたデータだけをバックアップする処理のことです。

バックアップは、トランザクション処理の一部であり、データベースの一貫性を維持するために非常に重要な処理です。

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まとめ

本記事では、「トランザクション」というIT用語と、基本的な役割について解説しました。私たちが日常生活で使う様々なシステムには、トランザクション処理が多く使われています。

トランザクション処理が持つ、4つの特性（原子性・一貫性・独立性・永続性）によってデータの整合性が保たれることで、私たちは日常生活で様々なシステムを安心・安全に利用できるのです。

エンジニアやプログラマーを目指している人や、トランザクションについて理解が浅いと感じている現役エンジニアの人は、本記事を通してトランザクションに関する理解を深めると共に、トランザクションの概念を意識した開発をしましょう。