一口气说出四种幂等性解决方案，面试官露出了姨母笑~

2022-03-09 作者: 不才陈某

什么是幂等性？

幂等是一个数学与计算机学概念，在数学中某一元运算为幂等时，其作用在任一元素两次后会和其作用一次的结果相同。

在计算机中编程中，一个幂等操作的特点是其任意多次执行所产生的影响均与一次执行的影响相同。

幂等函数或幂等方法是指可以使用相同参数重复执行，并能获得相同结果的函数。这些函数不会影响系统状态，也不用担心重复执行会对系统造成改变。

什么是接口幂等性？

在中，对幂等性进行了定义。它描述了一次和多次请求某一个资源对于资源本身应该具有同样的结果（网络超时等问题除外），即第一次请求的时候对资源产生了副作用，但是以后的多次请求都不会再对资源产生副作用。

这里的副作用是不会对结果产生破坏或者产生不可预料的结果。也就是说，其任意多次执行对资源本身所产生的影响均与一次执行的影响相同。

为什么需要实现幂等性？

在接口调用时一般情况下都能正常返回信息不会重复提交，不过在遇见以下情况时可以就会出现问题，如：

使用幂等性最大的优势在于使接口保证任何幂等性操作，免去因重试等造成系统产生的未知的问题。

引入幂等性后对系统有什么影响？

幂等性是为了简化客户端逻辑处理，能放置重复提交等操作，但却增加了服务端的逻辑复杂性和成本，其主要是：

所以在使用时候需要考虑是否引入幂等性的必要性，根据实际业务场景具体分析，除了业务上的特殊要求外，一般情况下不需要引入的接口幂等性。

Restful API 接口幂等性如何？

现在流行的 Restful 推荐的几种 HTTP 接口方法中，分别存在幂等行与不能保证幂等的方法，如下：

方案一：数据库唯一主键如何实现幂等性？

数据库唯一主键的实现主要是利用数据库中主键唯一约束的特性，一般来说唯一主键比较适用于“插入”时的幂等性，其能保证一张表中只能存在一条带该唯一主键的记录。

使用数据库唯一主键完成幂等性时需要注意的是，该主键一般来说并不是使用数据库中自增主键，而是使用分布式 ID 充当主键，这样才能能保证在分布式环境下 ID 的全局唯一性。

适用操作

插入操作
删除操作

使用限制

需要生成全局唯一主键 ID；

主要流程

主要流程如下：

后执数据插入操作，运行对应的语句。

方案二：数据库乐观锁如何实现幂等性？

数据库乐观锁方案一般只能适用于执行更新操作的过程，我们可以提前在对应的数据表中多添加一个字段，充当当前数据的版本标识。

这样每次对该数据库该表的这条数据执行更新时，都会将该版本标识作为一个条件，值为上次待更新数据中的版本标识的值。

适用操作

更新操作

使用限制

需要数据库对应业务表中添加额外字段

描述示例

例如，存在如下的数据表中：

为了每次执行更新时防止重复更新，确定更新的一定是要更新的内容，我们通常都会添加一个字段记录当前的记录版本，这样在更新时候将该值带上，那么只要执行更新操作就能确定一定更新的是某个对应版本下的信息。

这样每次执行更新时候，都要指定要更新的版本号，如下操作就能准确更新的信息：

UPDATE my_table SET price=price+50,version=version+1 WHERE id=1 AND version=5

上面后面跟着条件被执行后，的被更新为，所以如果重复执行该条 SQL 语句将不生效，因为的数据已经不存在，这样就能保住更新的幂等，多次更新对结果不会产生影响。

方案三：防重 Token 令牌如何实现幂等性？

针对客户端连续点击或者调用方的超时重试等情况，例如提交订单，此种操作就可以用的机制实现防止重复提交。

简单的说就是调用方在调用接口的时候先向后端请求一个全局，请求的时候携带这个全局一起请求（最好将其放到中），后端需要对这个作为，用户信息作为到中进行键值内容校验，如果存在且匹配就执行删除命令，然后正常执行后面的业务逻辑。如果不存在对应的或不匹配就返回重复执行的错误信息，这样来保证幂等操作。

适用操作

插入操作
更新操作
删除操作

使用限制

需要生成全局唯一串
需要使用第三方组件进行数据效验

主要流程：

注意，在并发情况下，执行 Redis 查找数据与删除需要保证原子性，否则很可能在并发下无法保证幂等性。其实现方法可以使用分布式锁或者使用表达式来注销查询与删除操作。

方案四: 下游传递唯一序列号如何实现幂等性？

所谓请求序列号，其实就是每次向服务端请求时候附带一个短时间内唯一不重复的序列号，该序列号可以是一个**有序 ，也可以是一个订单号**，一般由下游生成，在调用上游服务端接口时附加该序列号和用于认证的。

当上游服务器收到请求信息后拿取该 序列号 和下游 认证ID 进行组合，形成用于操作 Redis 的，然后到 Redis 中查询是否存在对应的的键值对，根据其结果：

适用操作

插入操作
更新操作
删除操作

使用限制

要求第三方传递唯一序列号；
需要使用第三方组件 Redis 进行数据效验；

主要流程

上面步骤中插入数据到 Redis 一定要设置过期时间。这样能保证在这个时间范围内，如果重复调用接口，则能够进行判断识别。如果不设置过期时间，很可能导致数据无限量的存入 Redis，致使 Redis 不能正常工作。

实现接口幂等示例

这里使用防重 Token 令牌方案，该方案能保证在不同请求动作下的幂等性，实现逻辑可以看上面写的”防重 Token 令牌”方案，接下来写下实现这个逻辑的代码。

1. Maven 引入相关依赖

这里使用工具管理依赖，这里在中引入、、相关依赖。


        
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-web
        
        
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-data-redis
        
        
            org.apache.commons
            commons-pool2
        
        
        
            org.projectlombok
            lombok

2. 配置连接 Redis 的参数

在配置文件中配置连接的参数，如下:

spring:
  redis:
    ssl: false
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    database: 0
    timeout: 1000
    password:
    lettuce:
      pool:
        max-active: 100
        max-wait: -1
        min-idle: 0
        max-idle: 20

3. 创建与验证 Token 工具类

创建用于操作 Token 相关的 Service 类，里面存在 Token 创建与验证方法，其中：

@Slf4j
@Service
public class TokenUtilService {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    /**
     * 存入 Redis 的 Token 键的前缀
     */
    private static final String IDEMPOTENT_TOKEN_PREFIX = "idempotent_token:";

    /**
     * 创建 Token 存入 Redis，并返回该 Token
     *
     * @param value 用于辅助验证的 value 值
     * @return 生成的 Token 串
     */
    public String generateToken(String value) {
        // 实例化生成 ID 工具对象
        String token = UUID.randomUUID().toString();
        // 设置存入 Redis 的 Key
        String key = IDEMPOTENT_TOKEN_PREFIX + token;
        // 存储 Token 到 Redis，且设置过期时间为5分钟
        redisTemplate.opsForValue().set(key, value, 5, TimeUnit.MINUTES);
        // 返回 Token
        return token;
    }

    /**
     * 验证 Token 正确性
     *
     * @param token token 字符串
     * @param value value 存储在Redis中的辅助验证信息
     * @return 验证结果
     */
    public boolean validToken(String token, String value) {
        // 设置 Lua 脚本，其中 KEYS[1] 是 key，KEYS[2] 是 value
        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == KEYS[2] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        RedisScript redisScript = new DefaultRedisScript<>(script, Long.class);
        // 根据 Key 前缀拼接 Key
        String key = IDEMPOTENT_TOKEN_PREFIX + token;
        // 执行 Lua 脚本
        Long result = redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(key, value));
        // 根据返回结果判断是否成功成功匹配并删除 Redis 键值对，若果结果不为空和0，则验证通过
        if (result != null && result != 0L) {
            log.info("验证 token={},key={},value={} 成功", token, key, value);
            return true;
        }
        log.info("验证 token={},key={},value={} 失败", token, key, value);
        return false;
    }

}

4、创建测试的 Controller 类

创建用于测试的类，里面有获取与测试接口幂等性的接口，内容如下：

@Slf4j
@RestController
public class TokenController {

    @Autowired
    private TokenUtilService tokenService;

    /**
     * 获取 Token 接口
     *
     * @return Token 串
     */
    @GetMapping("/token")
    public String getToken() {
        // 获取用户信息（这里使用模拟数据）
        // 注：这里存储该内容只是举例，其作用为辅助验证，使其验证逻辑更安全，如这里存储用户信息，其目的为:
        // - 1)、使用"token"验证 Redis 中是否存在对应的 Key
        // - 2)、使用"用户信息"验证 Redis 的 Value 是否匹配。
        String userInfo = "mydlq";
        // 获取 Token 字符串，并返回
        return tokenService.generateToken(userInfo);
    }

    /**
     * 接口幂等性测试接口
     *
     * @param token 幂等 Token 串
     * @return 执行结果
     */
    @PostMapping("/test")
    public String test(@RequestHeader(value = "token") String token) {
        // 获取用户信息（这里使用模拟数据）
        String userInfo = "mydlq";
        // 根据 Token 和与用户相关的信息到 Redis 验证是否存在对应的信息
        boolean result = tokenService.validToken(token, userInfo);
        // 根据验证结果响应不同信息
        return result ? "正常调用" : "重复调用";
    }

}

最后总结

幂等性是开发当中很常见也很重要的一个需求，尤其是支付、*订单*等与金钱挂钩的服务，保证接口幂等性尤其重要。在实际开发中，我们需要针对不同的业务场景我们需要灵活的选择幂等性的实现方式：

上面只是给与一些建议，再次强调一下，实现幂等性需要先理解自身业务需求，根据业务逻辑来实现这样才合理，处理好其中的每一个结点细节，完善整体的业务流程设计，才能更好的保证系统的正常运行。最后做一个简单总结，然后本博文到此结束，如下：

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