2 フェーズ コミット (2PC) は、複数のデータベースまたはリソース間でトランザクションの一貫性を確保するためにコンピューター サイエンスで使用される分散アルゴリズムです。参加しているすべてのノードがトランザクションにコミットするか、どのノードもコミットしないことを保証し、データの整合性を維持し、分散システムでの不整合を防止します。
2 フェーズ コミットの起源とその最初の言及の歴史
2 フェーズ コミットの概念は、1974 年に EW Dijkstra が「並行プログラミング制御の問題の解決」という論文で初めて導入しました。その後、1981 年に、2 フェーズ コミット プロトコルは、Jim Gray と Andreas Reuter によって影響力のある論文「トランザクション処理: 概念と手法」で正式に説明されました。
2相コミットの詳細情報
2 フェーズ コミットは、複数のノードまたはデータベースが関係する分散トランザクションを管理するために設計されています。すべてのノードがトランザクションをコミットするか中止するかについて合意していることを確認することが重要です。このプロトコルは、準備フェーズとコミット フェーズの 2 つのフェーズで動作します。
準備段階では:
- コーディネーター ノードは、参加しているすべてのノードに準備要求を送信します。
- 各参加者は同意（YES）または反対（NO）で応答します。
- いずれかの参加者が同意しない場合、コーディネーターはすべてのノードにトランザクションを中止するように指示します。
コミットフェーズでは:
- 準備フェーズ中にすべての参加者が同意した場合 (YES)、コーディネーターはすべてのノードにコミット要求を送信します。
- コミット要求を受信すると、各参加者は必要な変更を永続的に行うことでトランザクションを確定します。
- 準備フェーズ中にいずれかの参加者が同意しない場合 (NO)、コーディネーターはすべてのノードに中止要求を送信し、トランザクションはロールバックされます。
2 フェーズ コミットの内部構造とその仕組み
2 フェーズ コミットには次のコンポーネントが含まれます。
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コーディネーター: トランザクションの開始と管理を担当します。すべての参加ノードと通信し、その応答に基づいてトランザクションをコミットするか中止するかを決定します。
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参加者: トランザクションに関係するノードまたはデータベース。コーディネータの準備要求に対して、同意または不同意で応答します。
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トランザクションログ: 各参加者はトランザクション ログを保持し、トランザクション中に行われたすべての変更を記録します。このログは、必要に応じて変更をロールバックできるようにするために役立ちます。
アルゴリズムは次のように進行します。
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コーディネーターは、すべての参加者に準備要求を送信して準備フェーズを開始します。
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各参加者は、トランザクションをコミットできるかどうかについて投票（同意または反対）します。
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コーディネーターはすべての投票を収集し、トランザクションをコミットするか中止するかを決定します。
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コミット フェーズでは、コーディネーターは準備フェーズの結果に基づいて、すべての参加者にコミット要求または中止要求を送信します。
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参加者は、変更を永続的にコミットするか、トランザクションをロールバックするかのいずれかの最終決定を実行します。
2相コミットの主な特徴の分析
2 フェーズ コミットには、いくつかの重要な機能があります。
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原子性: すべてのノードがコミットするか、いずれのノードもコミットしないことを保証し、部分的な更新や矛盾した更新を回避します。
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一貫性: プロトコルは、障害が発生した場合でもシステムの一貫性が維持されることを保証します。
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耐久性: トランザクションがコミットされると、変更は永続的になり、システム障害が発生しても保持されます。
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自然をブロックする: 2 フェーズ コミットにはブロッキング特性があるため、参加者からの応答を無期限に待機する可能性があり、遅延が発生する可能性があります。
2フェーズコミットの種類
2 フェーズ コミット プロトコルには次のようなバリエーションがあります。
| タイプ | 説明 |
|---|---|
| 基本的な2フェーズコミット | 先ほど説明した標準バージョン。 |
| 3相コミット | ブロッキングの問題に対処するために、追加の「事前コミット」フェーズを追加します。 |
| 楽観的コミット | コーディネーターからの決定を受け取る前に、参加者が事前コミットできるようにします。 |
2 フェーズ コミットの使用方法、問題点、およびその解決策
2 フェーズ コミットは、次のようなさまざまな分野で応用されています。
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データベース管理: 分散データベース システムの一貫性と整合性を確保します。
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電子商取引取引: オンライン購入時に複数のサーバー間でトランザクションを管理します。
ただし、このプロトコルにはいくつかの制限があります。
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ブロッキング: 2PC のブロッキング特性により、特に大規模システムではパフォーマンスの問題が発生する可能性があります。
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単一障害点: コーディネーターは単一障害点として機能します。コーディネーターがクラッシュすると、トランザクション プロセス全体が失敗する可能性があります。
これらの問題を軽減するための解決策としては、次のようなものがあります。
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最適化: ブロックの問題を軽減するために、即時コミットや非ブロッキング コミット戦略などの最適化手法を実装します。
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コーディネーターの冗長性: フェイルオーバー メカニズムを備えたコーディネーターの冗長性を導入して、フォールト トレランスを向上します。
主な特徴と類似用語との比較
| 特性 | 2相コミットとの比較 |
|---|---|
| 一貫性 | 分散システムでの一貫性の維持における 3 フェーズ コミットや Paxos に似ています。 |
| パフォーマンス | Paxos や Raft と比較すると、2 フェーズ コミットではブロッキングによりレイテンシが高くなる可能性があります。 |
| フォールトトレランス | 2 フェーズ コミットと Paxos はどちらもフォールト トレランスを提供しますが、2 フェーズ コミットの方が実装が簡単です。 |
| 通信オーバーヘッド | Raft は 2 フェーズ コミットよりも通信オーバーヘッドが低いため、大規模なシステムに適しています。 |
2相コミットに関する将来の展望と技術
分散システムが進化し続けると、より効率的でフォールト トレラントなトランザクション プロトコルが登場する可能性があります。研究者は、制限やスケーラビリティの問題に対処するために、Raft、Paxos、2 フェーズ コミットのバリアントなどの代替手段を模索しています。さらに、コンセンサス アルゴリズムと機械学習の進歩により、分散合意を実現する新しい方法が生まれる可能性もあります。
プロキシ サーバーを 2 フェーズ コミットで使用する方法または関連付ける方法
プロキシ サーバーは、クライアントとサーバーの間の仲介役として機能し、クライアントに代わって要求と応答を処理します。 2 フェーズ コミットとは直接関連していませんが、プロキシ サーバーは複数のバックエンド サーバーにトランザクションを分散する上で重要な役割を果たします。
クライアントがプロキシ サーバーを介して分散トランザクションを開始すると、プロキシは 2 フェーズ コミット プロトコルに参加して、さまざまなバックエンド ノードに要求をインテリジェントにルーティングできます。これにより、分散システムでの負荷分散とフォールト トレランスの強化が可能になります。さらに、プロキシ サーバーは応答をキャッシュできるため、バックエンド ノードの負荷が軽減され、システム全体のパフォーマンスが向上します。
関連リンク
- 分散トランザクション: 2 フェーズ コミット プロトコル
- 2 フェーズ コミット プロトコルのガイド
- コンセンサス プロトコル: 2 フェーズ コミットと Paxos
- Raftコンセンサスアルゴリズムを理解する
- Paxos をシンプルに
結論として、2 フェーズ コミットは、複数のノード間でトランザクションの一貫性を維持するための重要な分散アルゴリズムです。ブロッキング特性とコーディネータの脆弱性にもかかわらず、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。テクノロジが進化するにつれて、研究者は代替手段と最適化を模索し続け、プロキシ サーバーは分散システムでの有効性を高めることができます。2 フェーズ コミット プロトコルのニュアンスを理解することは、堅牢で信頼性の高い分散アプリケーションを構築する上で不可欠です。
