データベースの世界には、多くの概念と定理が存在しますが、特に注目されるのが「CAP定理」と呼ばれるものです。この記事では、CAP定理とは何か、それがNoSQLデータベースにどのような影響を与えるのかを深掘りします。
CAP定理の基礎
CAP定理（Consistency, Availability, Partition tolerance）は、分散データベースシステムが持つべき三つの特性を表しています。この定理により、分散データベースが同時に満たせる特性は、上記の三つのうちの最大で二つまでとされています。
CAPの各要素の解説
CAP定理が指摘する三つの特性にはそれぞれ以下のような意味があります。
| 要素 | 意味 |
|---|---|
| Consistency（一貫性） | 全てのデータが最新かつ一貫している状態 |
| Availability（可用性） | データに随時アクセス可能な状態 |
| Partition tolerance（分断耐性） | ネットワーク分断が起きても機能する状態 |
一貫性（Consistency）
一貫性は、すべての読み取りが最新の書き込みを反映することを意味します。つまり、全てのクライアントが常に最新のデータを見ることができます。
可用性（Availability）
可用性は、全てのリクエストに対して、正確なかつ適切な時間内に応答が返されることを意味します。
分断耐性（Partition tolerance）
分断耐性は、ネットワークが分断された場合でもシステムが機能し続ける能力を指します。
CAP定理とNoSQLデータベース
CAP定理が示すように、一貫性、可用性、分断耐性の3つを全て同時に満たすことは不可能です。それでは、NoSQLデータベースはこの定理にどのように対応しているのでしょうか。
CAP定理に基づくNoSQLの分類
NoSQLデータベースは、CAP定理に基づいて大まかに以下のように分類されます。
| 分類 | 一貫性 | 可用性 | 分断耐性 |
|---|---|---|---|
| CP（Consistency/Partition tolerance） | ◯ | × | ◯ |
| CA（Consistency/Availability） | ◯ | ◯ | × |
| AP（Availability/Partition tolerance） | × | ◯ | ◯ |
NoSQLデータベースの例とその特性
以下は、代表的なNoSQLデータベースとそれらがどのような特性を持つのかを示した表です。
| データベース | 分類 | 特性 |
|---|---|---|
| MongoDB | CP | 高い一貫性と分断耐性 |
| Cassandra | AP | 高い可用性と分断耐性 |
| Couchbase | CA | 高い一貫性と可用性 |
まとめ
CAP定理は、分散データベースシステムが取りうる選択肢とその制約を明確にしています。NoSQLデータベースもこの定理に従い、一貫性、可用性、分断耐性のバランスを取って設計されています。それぞれのデータベースがどの特性を優先するかによって、用途や選定基準が変わるため、CAP定理の理解はデータベース選定において重要な知識となります。
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