SQLiteのBEGIN IMMEDIATE：データ競合を排してトランザクションを成功させる

SQLiteの「BEGIN IMMEDIATE」は、トランザクション制御構文の一つであり、データベースへの書き込み操作を即座に開始する機能を提供します。これは、他の接続による書き込み操作をブロックすることで、データの一貫性を保証する役割を果たします。

本記事では、「BEGIN IMMEDIATE」の仕組みと、その具体的な使用方法、そしてユースケースについて詳しく解説していきます。

「BEGIN IMMEDIATE」の動作メカニズム

SQLiteは、デフォルトでオートコミットモードが有効になっています。これは、個々のSQL文を実行するたびに、自動的にトランザクションを開始し、コミットまたはロールバックを行うことを意味します。一方、「BEGIN IMMEDIATE」を使用すると、明示的にトランザクションを開始し、書き込み操作を即座に実行することができます。

具体的には、「BEGIN IMMEDIATE」を実行すると、以下の処理が行われます。

データベースへの排他ロックを取得します。これにより、他の接続による書き込み操作をブロックします。
書き込み操作を実行します。
ロックを解放します。

この動作により、他の接続による書き込み操作がキューに溜まることなく、即座に処理されます。

「BEGIN IMMEDIATE」の使用方法

「BEGIN IMMEDIATE」は、以下の構文で実行されます。

BEGIN IMMEDIATE;

この構文を実行すると、上記の動作に従って、即座にトランザクションを開始し、書き込み操作を実行します。

「BEGIN IMMEDIATE」のユースケース

「BEGIN IMMEDIATE」は、以下のユースケースで有効です。

高負荷な書き込み操作を実行する場合: 大量の書き込み操作を実行する必要がある場合、「BEGIN IMMEDIATE」を使用して、書き込み操作をキューに溜めずに即座に実行することで、パフォーマンスを向上させることができます。
デッドロックを回避する場合: 複数の接続が互いにロックを待機しているデッドロックが発生する可能性がある場合、「BEGIN IMMEDIATE」を使用して、ロックの取得を即座に行うことで、デッドロックを回避することができます。
データの一貫性を保証する場合: 複数の接続による書き込み操作が競合する可能性がある場合、「BEGIN IMMEDIATE」を使用して、各操作を排他的に実行することで、データの一貫性を保証することができます。

注意事項

「BEGIN IMMEDIATE」を使用する際には、以下の点に注意する必要があります。

デッドロックを回避するために、適切なロック戦略を組み合わせる必要があります。
常にコミットされるわけではなく、エラーが発生した場合にはロールバックされる可能性があります。
排他ロックを取得するため、他の接続による書き込み操作をブロックします。

「BEGIN IMMEDIATE」は、SQLiteにおけるトランザクション制御機能の一つであり、データベースへの書き込み操作を即座に開始し、データの一貫性を保証する役割を果たします。ユースケースを理解し、注意事項に注意しながら適切に使用することで、データベース操作のパフォーマンスと信頼性を向上させることができます。

-- サンプルコード：BEGIN IMMEDIATE を使用して、複数のユーザーによる競合を回避する

-- ユーザー 1
BEGIN IMMEDIATE;
UPDATE accounts
   SET balance = balance - 100
   WHERE id = 1;
COMMIT;

-- ユーザー 2
BEGIN IMMEDIATE;
UPDATE accounts
   SET balance = balance + 100
   WHERE id = 1;
COMMIT;

ユーザー 2も同時にBEGIN IMMEDIATEを使用してトランザクションを開始し、アカウントの残高を 100 増やす操作を実行します。
ユーザー 1は、BEGIN IMMEDIATEを使用してトランザクションを開始し、アカウントの残高を 100 減らす操作を実行します。

結果

このコードを実行すると、ユーザー 1 の操作のみがコミットされ、ユーザー 2 の操作はロールバックされます。これは、BEGIN IMMEDIATEによって排他ロックが取得され、ユーザー 1 の操作が完了するまでユーザー 2 の操作がブロックされるためです。

このコードはあくまでも一例であり、実際のユースケースに応じて様々なバリエーションが考えられます。例えば、エラー処理やロックのタイムアウト処理などを追加する必要があります。

以下の点にも注意する必要があります。

デッドロックを回避するために、適切なロック戦略を組み合わせる必要があります。
競合が発生する可能性があるすべての操作に対して、BEGIN IMMEDIATEを使用する必要があります。

SQLiteの「BEGIN IMMEDIATE」は、データの一貫性を保証するために有用な機能ですが、排他ロックを取得するため、他の接続をブロックしてしまうという欠点があります。

そこで、本記事では、「BEGIN IMMEDIATE」の代替方法として、以下の3つの方法について詳しく解説します。

READ COMMITTED トランザクションレベルの使用
排他ロックの代わりに共有ロックを使用する
楽観的ロックを使用する

それぞれの方法のメリットとデメリットを比較検討することで、状況に合った代替方法を選択することができます。

READ COMMITTED トランザクションレベルの使用

SQLiteには、トランザクションの分離レベルを制御する「TRANSACTION ISOLATION」という構文があります。この構文を使用して、「READ COMMITTED」という分離レベルを設定することで、「BEGIN IMMEDIATE」と同様の効果を得ることができます。

「READ COMMITTED」では、トランザクション開始時点までにコミットされた変更のみが見えるという特性があります。これにより、他の接続による書き込み操作の影響を受けずに、データを読み込むことができます。

BEGIN TRANSACTION ISOLATION READ COMMITTED;
-- 処理
COMMIT;

メリット

デッドロックが発生する可能性が低い
排他ロックを取得しないため、他の接続をブロックしない

デメリット

読み込み操作中に他の接続が書き込み操作を実行した場合、データが更新される可能性がある
「BEGIN IMMEDIATE」よりもコミットまでの時間が長くなる可能性がある

排他ロックの代わりに共有ロックを使用する

SQLiteでは、排他ロック以外にも、共有ロックと呼ばれるロックを使用することができます。共有ロックを取得すると、そのレコードに対する読み込み操作は許可されますが、書き込み操作はブロックされます。

共有ロックを使用することで、排他ロックによるブロックを回避しながら、ある程度のデータの一貫性を保つことができます。

BEGIN TRANSACTION;
SELECT * FROM accounts FOR UPDATE;
-- 処理
COMMIT;

メリット

デッドロックが発生する可能性が低い
排他ロックよりもブロックする範囲が狭いため、他の接続への影響が少ない

デメリット

読み込み操作中に他の接続が書き込み操作を実行した場合、データが更新される可能性がある
「BEGIN IMMEDIATE」よりもコミットまでの時間が長くなる可能性がある

楽観的ロックを使用する

楽観的ロックは、レコードのバージョン情報を使用して競合を検知するロック機構です。書き込み操作を実行する前に、レコードのバージョン情報を読み込み、現在のバージョンと比較します。バージョン情報が一致していれば、書き込み操作を実行し、一致しない場合は競合が発生したとしてロールバックします。

楽観的ロックは、排他ロックを取得しないため、他の接続をブロックしません。また、デッドロックが発生する可能性も低くなります。

SELECT * FROM accounts WHERE id = 1;
UPDATE accounts
   SET balance = balance + 100, version = version + 1
   WHERE id = 1 AND version = old_version;

メリット

デッドロックが発生する可能性が低い
排他ロックを取得しないため、他の接続をブロックしない

デメリット

バージョン管理のオーバーヘッドが発生する
競合が発生する可能性がある

「BEGIN IMMEDIATE」の代替方法として、以下の3つの方法を紹介しました。

楽観的ロックを使用する
排他ロックの代わりに共有ロックを使用する
READ COMMITTED トランザクションレベルの使用

それぞれの方法にはメリットとデメリットがあるため、状況に合わせて最適な方法を選択する必要があります。