【IT用語】アトミック性（原子性）とは？データベース・プログラミングでの意味を解説！

「この処理はアトミックにしたい」「この更新はアトミックですか？」

ITの会話では、このように「アトミック」という言葉が使われることがあります。

アトミック性（原子性）は、「データベースの更新」や「プログラミングで共有データを操作する場面」などで使われる言葉です。

この記事では、「アトミック」について以下の内容をわかりやすく説明します。

• アトミック性の意味
• データベース・プログラミング・Gitでの具体例
• ACID特性との関係
• 会話で「アトミック」が出てきたときの確認ポイント

アトミック性（原子性）とは？

アトミック性（原子性）は、使われる場面によって、次のように説明できます。

• データベースの場合
  • 一連の変更を「すべて反映するか、すべて反映しないか」にする性質です。
  • 例えば、送金で「引き落としだけが反映され、入金されない」という状態を防ぎます。
• プログラミングで複数の処理が同じデータを操作する場合
  • 対象の操作を、ほかの処理から見て分割できない1つの操作として行える性質です。
  • 例えば、共有カウンターの値を1増やすときに、読み取りから書き込みまでをひとまとまりとして扱います。

共通するのは、対象となる処理をひとまとまりとして扱うという考え方です。この性質を持つ操作を「アトミックな操作」と呼びます。

データベースでのアトミック性（原子性）

データベースでのアトミック性（原子性）は、一連の変更を「すべて反映するか、すべて反映しないか」にする性質です。

分かりやすい例が、銀行口座間の送金です。

AさんからBさんへ1,000円を送金する場合、次の2つの更新が必要になります。

• Aさんの残高を1,000円減らす
• Bさんの残高を1,000円増やす

ここで、Aさんの残高だけが減り、Bさんの残高が増える前に処理が失敗すると、送金が中途半端な状態になってしまいます。

そこで、2つの更新を同じトランザクションにまとめます。

この場合、変更の結果は次のどちらかになります。

変更を確定することを「コミット」、変更を取り消すことを「ロールバック」と呼びます。

途中まで更新していても、トランザクション全体を取り消せば、そのトランザクションによる変更は残りません。

このように、一連の変更を「すべて反映するか、すべて反映しないか」にするのが、トランザクションのアトミック性（原子性）です。

会話で「この2つの更新はアトミックにしたい」と言われたら、この場面では「片方だけが反映される状態を避けたい」という意味だと理解できます。

プログラミングでのアトミック性（原子性）

共有データを扱うプログラミングでのアトミック性（原子性）は、対象の操作を、ほかの処理から見て分割できない1つの操作として行える性質です。

例えば、共有しているカウンターの値を1増やす操作を考えてみましょう。

単純な操作に見えますが、概念的には次の手順に分けられます。

• 現在の値を読み取る
• 読み取った値に1を足す
• 計算結果を書き込む

この手順がひとまとまりとして保護されていないと、次のようなことが起こり得ます。

2回増やしたので期待する値は「12」ですが、結果は「11」になっています。処理Aと処理Bが同じ値を読み、それぞれ「11」を書き込んでしまったためです。

このような問題を防ぐ方法の1つが、読み取り・計算・書き込みをまとめたアトミックな加算操作です。

両方の処理が同じカウンターに対してアトミックな加算操作で1を足せば、一方の加算結果をもう一方が上書きしてしまうことを防げます。

この例では、片方の加算で「10」から「11」になり、もう片方の加算で「11」から「12」になります。どちらが先に加算しても、結果は「12」です。

トランザクション処理のACID特性の「A」

データベースにおけるアトミック性（原子性）は、トランザクション処理のACID特性の「A」に当たります。

トランザクションとは、データベースで行う1つ以上の処理を、1つのまとまりとして扱う単位です。

ACIDは、トランザクション処理における次の4つの性質の頭文字を取った言葉です。

このうちアトミック性（原子性）は、トランザクション処理に含まれる一連の変更を「すべて反映するか、すべて反映しないか」にする性質です。一部の変更だけが反映される状態を防ぎます。

Gitにもアトミックという言葉がある

Gitのgit pushにも、--atomicオプションがあります。

これは、1回のpushで更新対象となる接続先のブランチやタグなどについて、すべて更新するか、エラー時にはどれも更新しないかにするものです。

例えば、2つのブランチをまとめてpushするときに、一方を更新できない場合は、もう一方も更新しません。

ただし、接続先のサーバーがアトミックなpushに対応していない場合、pushは失敗します。

会話で「アトミック」が出てきたら

会話でアトミックの意味をつかむには、「どこからどこまでを1つの操作として扱いたいのか」に注目すると分かりやすくなります。

例えば、次のように確認できます。

• 「片方だけ更新される状態を避けたい、という意味ですか？」
• 「読み取りから書き込みまでを、ひとまとまりにしたいということですか？」
• 「アトミックにする範囲は、この2つの更新ですか？」

「アトミック」という言葉だけで判断せず、対象となる処理と保証される範囲を確認すると、会話の意図を理解しやすくなります。

本記事のまとめ

この記事では「アトミック性（原子性）」について、以下の内容を説明しました。

• データベースの原子性は、一連の変更をすべて反映するか、すべて反映しないかにする性質で、ACID特性の「A」に当たる。
• 共有データを扱うプログラミングでは、対象の操作を、ほかの処理から見て分割できない1つの操作として行える性質を指す。
• Gitのgit push --atomicは、更新対象のブランチやタグなどを、すべて更新するか、エラー時にはどれも更新しないかにする。
• 「アトミック」という言葉が使われたら、対象となる処理と保証される範囲を確認する。

お読みいただきありがとうございました。