Veritabanı İşlemlerinde ACID Özellikleri: Güvenilirliğin Temel Taşları

Senseii · 13 Ağu 2025

Veritabanı yönetim sistemlerinin (DBMS) temelinde, veri bütünlüğünü ve güvenilirliğini sağlamak yatar. Özellikle çok kullanıcılı ortamlarda ve karmaşık işlemlerin eş zamanlı yürütüldüğü durumlarda, verilerin doğru, tutarlı ve eksiksiz kalması kritik öneme sahiptir. İşte bu noktada ACID özellikleri devreye girer. ACID, veritabanı işlemlerinin (transaction) dört temel özelliğini ifade eden bir kısaltmadır: Atomiklik (Atomicity), Tutarlılık (Consistency), İzolasyon (Isolation) ve Dayanıklılık (Durability). Bu özellikler, bir işlem sırasında sistemde yaşanabilecek hatalara, çökmelere veya eş zamanlı yürütülen diğer işlemlerin olumsuz etkilerine karşı veriyi korumayı hedefler. Bir işlem ancak bu dört özelliği de sağladığında güvenilir kabul edilir. Geleneksel ilişkisel veritabanları bu prensipleri sıkı bir şekilde uygularken, bazı NoSQL veritabanları farklı öncelikler nedeniyle bu özelliklerden ödün verebilir.

Atomiklik, bir işlemin ya tamamen gerçekleştirilmesi ya da hiç gerçekleştirilmemesi prensibidir. Başka bir deyişle, bir işlemdeki tüm adımlar tek bir bölünemez birim olarak kabul edilir.

Eğer işlemdeki adımlardan herhangi biri başarısız olursa, işlemin başlangıcından itibaren yapılan tüm değişiklikler geri alınır (rollback edilir), böylece veritabanı işlemin başlangıcındaki durumuna döner. Bu duruma "ya hep ya hiç" kuralı da denir.
Örnek: Bir banka hesabından başka bir hesaba para transferi işlemini düşünelim. Bu işlem genellikle iki temel adımdan oluşur:

Gönderen hesabından paranın çekilmesi.
Alıcı hesabına paranın yatırılması.

Eğer para gönderen hesabından çekilir ancak bir sistem hatası nedeniyle alıcı hesabına yatırılamazsa, atomiklik prensibi gereği gönderen hesabından çekilen para da geri yatırılmalıdır. Aksi takdirde, para "havada kalmış" olur ve veritabanı tutarsız bir duruma düşer.

Kod:

BEGIN TRANSACTION;
UPDATE Hesaplar SET Bakiye = Bakiye - 100 WHERE HesapNo = 'TR123';
-- Eğer burada bir hata olursa (örn: disk doldu, ağ kesildi vb.)
UPDATE Hesaplar SET Bakiye = Bakiye + 100 WHERE HesapNo = 'TR456';
COMMIT; -- Eğer her iki adım da başarılı olursa
ROLLBACK; -- Eğer herhangi bir adım başarısız olursa

Bu örnekte, `COMMIT` komutu tüm değişikliklerin kalıcı olmasını sağlarken, herhangi bir hata durumunda `ROLLBACK` komutu, işlemi başlangıç noktasına geri döndürür ve veritabanının bütünlüğünü korur. Atomiklik, işlemlerin yarım kalmış veya eksik uygulanmış hallerinin veritabanını bozmasını engeller.

Tutarlılık, bir işlemin veritabanını bir geçerli durumdan başka bir geçerli duruma getirmesini sağlar. Bu, veritabanında tanımlanmış tüm kısıtlamaların, kuralların ve tetikleyicilerin işlem sonunda ihlal edilmemesi gerektiği anlamına gelir.

Veritabanının tutarlı olması, tüm veri tiplerinin, referans bütünlüğünün (foreign key kısıtlamaları), benzersizlik kısıtlamalarının (unique constraints) ve diğer iş kurallarının işlem sonunda geçerli olmasını garanti eder. Eğer bir işlem bu kurallardan herhangi birini ihlal etmeye kalkarsa, işlem geri alınır (rollback edilir).
Örnek: Bir öğrenci bilgi sisteminde, her öğrencinin notunun 0 ile 100 arasında olması gerektiğini varsayalım.

Kod:

ALTER TABLE Notlar ADD CONSTRAINT Ck_NotKontrol CHECK (Not BETWEEN 0 AND 100);
INSERT INTO Notlar (OgrenciID, DersID, Not) VALUES (123, 456, 110);

Bu `INSERT` işlemi, tanımlanmış `CHECK` kısıtlamasını ihlal ettiği için başarısız olacaktır. Veritabanı yönetim sistemi bu tutarsızlığı otomatik olarak engelleyecek ve işlemi reddedecektir.
Başka bir örnek olarak, bir envanter yönetim sisteminde bir ürünün stok adedinin asla negatif olamayacağı kuralını düşünün. Eğer bir satış işlemi stoktan ürün düşürürken stoğu negatife düşürecekse, bu işlem tutarlılık kuralı gereği reddedilmelidir. Tutarlılık, veritabanının iş kurallarına ve yapısına her zaman uygun kalmasını sağlar. İlişkisel veritabanlarının güçlü yanlarından biri, bu tür iş kurallarının ve bütünlük kısıtlamalarının kolayca tanımlanabilmesidir. Bu da uygulamaların veri doğruluğu için ek kod yazma yükünü azaltır.

İzolasyon, eş zamanlı çalışan işlemlerin birbirini etkilememesi prensibidir. Her işlem, sanki sistemde yalnız çalışıyormuş gibi davranır ve diğer işlemlerin varlığından habersizdir.

Bu, birden fazla işlemin aynı verilere aynı anda erişmeye veya bunları değiştirmeye çalıştığı senaryolarda kritik öneme sahiptir. İzolasyon olmadan, eş zamanlı işlemler, kirli okuma (dirty read), tekrarlanamaz okuma (non-repeatable read) ve hayalet okuma (phantom read) gibi veri tutarsızlıklarına yol açabilir.

Kirli Okuma (Dirty Read): Bir işlemin henüz commit edilmemiş (geri alınabilecek) bir başka işlem tarafından yapılan değişikliği okuması durumudur. Eğer ilk işlem daha sonra rollback edilirse, ikinci işlem yanlış veri okumuş olur.
Tekrarlanamaz Okuma (Non-Repeatable Read): Aynı işlem içinde aynı verinin farklı zamanlarda okunması durumunda, arada başka bir işlem tarafından veri değiştirildiği için farklı sonuçlar alınmasıdır.
Hayalet Okuma (Phantom Read): Aynı sorgunun farklı zamanlarda çalıştırılmasıyla, arada başka bir işlem tarafından eklenen veya silinen kayıtlar nedeniyle farklı sayıda satır dönmesi durumudur.

Veritabanı yönetim sistemleri, farklı izolasyon seviyeleri sunarak bu sorunları yönetir. Bu seviyeler, performans ve veri tutarlılığı arasında bir denge sağlar:

READ UNCOMMITTED (Oku Onaylanmamış): En düşük izolasyon seviyesidir. Kirli okumalara izin verir. En hızlıdır ancak en az güvenilirdir.
READ COMMITTED (Oku Onaylanmış): Birçok veritabanı sisteminde varsayılan seviyedir. Kirli okumaları engeller ancak tekrarlanamaz okuma ve hayalet okumalara izin verir. Sadece commit edilmiş veriler okunabilir.
REPEATABLE READ (Tekrarlanabilir Okuma): Kirli okuma ve tekrarlanamaz okumaları engeller. Bir işlem içindeki okumalarda, aynı veriye yapılan sonraki okumalar aynı sonucu döndürür. Ancak hayalet okumalara izin verir.
SERIALIZABLE (Serileştirilebilir): En yüksek izolasyon seviyesidir. Tüm tutarsızlık türlerini (kirli, tekrarlanamaz, hayalet okuma) engeller. Eş zamanlı işlemlerin, sanki hepsi sırayla (seri olarak) çalışmış gibi bir sonuç üretmesini sağlar. En güvenli ancak en yavaş seviyedir, çünkü kilitlenme ve bekleme sürelerini artırabilir.

Doğru izolasyon seviyesini seçmek, uygulamanın gereksinimlerine ve performans beklentilerine göre yapılmalıdır. Çok sıkı izolasyon seviyeleri performansı olumsuz etkileyebilirken, düşük seviyeler veri tutarsızlıklarına yol açabilir. Veritabanları, kilit mekanizmaları, çok sürüm eşzamanlılık kontrolü (MVCC) gibi tekniklerle izolasyonu sağlarlar.

Dayanıklılık, bir işlemin başarılı bir şekilde tamamlandıktan (commit edildikten) sonra, o işlemin yaptığı tüm değişikliklerin kalıcı olmasını ve sistem çökse, elektrik kesintisi yaşansa veya herhangi bir donanım arızası meydana gelse bile kaybolmamasını garanti eder.

Bu, verilerin kalıcı depolama birimlerine (sabit diskler, SSD'ler) yazıldığının ve gerektiğinde kurtarılabileceğinin güvencesidir. Dayanıklılık, genellikle işlem günlükleri (transaction logs) veya write-ahead logging (WAL) adı verilen mekanizmalar aracılığıyla sağlanır. Bir işlem commit edildiğinde, değişiklikler önce günlük dosyasına yazılır. Bu günlükler, sistemin yeniden başlatılması durumunda veritabanını en son tutarlı durumuna geri getirmek için kullanılır.
Örnek: Bir e-ticaret sitesinde müşteri bir sipariş verdi ve ödeme başarılı oldu. Sipariş veritabanına kaydedildi ve işlem `COMMIT` edildi. Tam bu sırada sunucuda elektrik kesintisi yaşandı. Sistem yeniden başlatıldığında, dayanıklılık prensibi sayesinde müşterinin siparişi veritabanında hala kayıtlı olmalıdır. Veritabanı, commit edilmiş ancak henüz kalıcı depolama birimine tam olarak yazılmamış olabilecek verileri, işlem günlüklerini kullanarak kurtarır.
Veritabanı sistemleri, olası arızalara karşı dayanıklılığı sağlamak için çeşitli teknikler kullanır:

Günlük Tutma (Logging): Tüm değişiklikler ve işlemler bir işlem günlüğüne kaydedilir. Bu günlükler, sistemin çökmesi durumunda veritabanını kurtarmak için kullanılır.
Yedekleme (Backup): Veritabanının düzenli yedekleri alınır ve farklı konumlarda saklanır.
Replikasyon (Replication): Veritabanının birden fazla kopyası farklı sunucularda veya veri merkezlerinde tutulur, böylece bir sunucu arızalansa bile veri kaybı yaşanmaz.
Disk Senkronizasyonu: Verilerin fiziksel diske yazılmasının onaylanması.

Dayanıklılık, veritabanının kesintisiz ve güvenilir bir şekilde hizmet vermeye devam etmesini sağlar. Veri kaybının kabul edilemez olduğu finans, sağlık ve e-ticaret gibi sektörlerde bu özellik hayati önem taşır.

ACID özellikleri, modern veritabanı yönetim sistemlerinin bel kemiğini oluşturur. Atomiklik, işlemlerin tamamlanmasını veya hiç başlamamasını garanti ederken; Tutarlılık, veritabanının iş kurallarına ve yapısına uygun kalmasını sağlar. İzolasyon, eş zamanlı işlemlerin birbirini bozmasını engellerken; Dayanıklılık, commit edilen verilerin kalıcı olmasını güvence altına alır. Bu dört özellik bir araya geldiğinde, veritabanının güvenilirliğini, bütünlüğünü ve doğruluğunu maksimize eder. Günümüzün veri odaklı dünyasında, kritik iş süreçleri için bu prensiplere uygun veritabanı çözümleri seçmek, veri güvenliği ve iş sürekliliği açısından vazgeçilmezdir. Bu prensiplerin anlaşılması, hem veritabanı yöneticileri hem de yazılım geliştiriciler için temel bir bilgi birikimidir. Veritabanı tasarımı, uygulama geliştirme ve hata ayıklama süreçlerinde ACID prensiplerini göz önünde bulundurmak, daha sağlam ve hatasız sistemler inşa etmenin anahtarıdır. Örneğin, SQL standartları hakkında daha fazla bilgi edinmek için ISO SQL Standardı gibi kaynaklara başvurulabilir.