1 冪等性

1.1 定義

冪等概念來自數(shù)學(xué)，表示對數(shù)據(jù)源做N次變換和1次變換的結(jié)果是相同的。在工程中冪等性用來表示用戶對于同一操作發(fā)起的一次請求或者多次請求的結(jié)果是一致的，不會因為多次點擊而產(chǎn)生了副作用。

冪等包括第一次請求的時候?qū)Y源產(chǎn)生了副作用，但是以后的多次請求都不會再對資源產(chǎn)生副作用。
冪等關(guān)注的是以后的多次請求是否對資源產(chǎn)生的副作用，而不關(guān)注結(jié)果。
網(wǎng)絡(luò)超時等問題，不是冪等的討論范圍。
冪等性是系統(tǒng)服務(wù)對外一種承諾，而不是實現(xiàn)，承諾只要調(diào)用接口成功，外部多次調(diào)用對系統(tǒng)的影響是一致的。聲明為冪等的服務(wù)會認為外部調(diào)用失敗是常態(tài)，并且失敗之后必然會有重試。

1.2 場景

業(yè)務(wù)開發(fā)時，可能會遇到由于網(wǎng)絡(luò)震蕩導(dǎo)致請求無法收到導(dǎo)致觸發(fā)了重試機制，或者前端抖動導(dǎo)致表單重復(fù)提交這樣的情況。比如在交易系統(tǒng)中，用戶提交購物請求已經(jīng)被服務(wù)器端正確處理，但服務(wù)器端的返回結(jié)果由于網(wǎng)絡(luò)等原因被掉丟了，導(dǎo)致客戶端無法得知處理結(jié)果。如果是在網(wǎng)頁上，一些不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計可能會使用戶認為上一次操作失敗了，然后刷新頁面，這就導(dǎo)致了扣款被調(diào)用兩次，賬戶也被多扣了一次錢。此時就需要引入冪等性接口了。

我們以MySQL為例，只有第三種場景需要開發(fā)人員使用其他策略保證冪等性：

SELECT col1 FROM tab1 WHER col2=2; 
-- 無論執(zhí)行多少次都不會改變狀態(tài)，是天然的冪等。
UPDATE tab1 SET col1=1 WHERE col2=2; 
-- 無論執(zhí)行成功多少次狀態(tài)都是一致的，因此也是冪等操作。
UPDATE tab1 SET col1=col1+1 WHERE col2=2; 
-- 每次執(zhí)行的結(jié)果都會發(fā)生變化，這種不是冪等的。

這里說下重復(fù)提交跟冪等性的區(qū)別：

重復(fù)提交是在第一次請求已經(jīng)成功的情況下，人為的進行多次操作，導(dǎo)致不滿足冪等要求的服務(wù)多次改變狀態(tài)。
冪等更多使用的情況是第一次請求不知道結(jié)果（比如超時）或者失敗的異常情況下，發(fā)起多次請求，目的是多次確認第一次請求成功，卻不會因多次請求而出現(xiàn)多次的狀態(tài)變化。

1.3 冪等性思考

引入冪等性后會使得服務(wù)端邏輯更加復(fù)雜，滿足冪等性的服務(wù)需要在邏輯中至少包含兩點：

首先去查詢上一次的執(zhí)行狀態(tài)，如果沒有則認為是第一次請求。
在服務(wù)改變狀態(tài)的業(yè)務(wù)邏輯前，保證防重復(fù)提交的邏輯。

冪等性可以簡化客戶端邏輯處理，但卻增加了服務(wù)提供者的邏輯和成本，所以是否要用，需根據(jù)具體場景具體分析，因此除了業(yè)務(wù)上的特殊要求外，盡量不提供冪等的接口。

增加了額外控制冪等的業(yè)務(wù)邏輯，復(fù)雜化了業(yè)務(wù)功能。
把并行執(zhí)行的功能改為串行執(zhí)行，降低了執(zhí)行效率。

2 冪等性解決

2.1 前端設(shè)置

在用戶點擊完提交按鈕后，我們可以把按鈕設(shè)置為不可用或者隱藏狀態(tài)。

前端限制比較簡單，但有個致命錯誤，如果碰到懂行的用戶通過模擬網(wǎng)頁請求來重復(fù)提交請求，繞過了前端限制。

2.2 唯一索引

防止訂單多次插入的最簡單直接方法就是創(chuàng)建唯一索引，然后插入的時候可能語句有細微的不同。但目的都是保證相同記錄在數(shù)據(jù)庫中只存在一條。

方法一：給數(shù)據(jù)庫添加唯一索引，然后如果執(zhí)行時捕捉到了DuplicateKeyException會明白是重復(fù)插入導(dǎo)致的，繼續(xù)往下執(zhí)行業(yè)務(wù)即可。
方法二：利用MySQL自帶的關(guān)鍵字ON DUPLICATE KEY UPDATE 實現(xiàn)不存在則插入，存在則更新的操作，該關(guān)鍵字不會刪除原有的記錄。
方法三：replace into 主要作用類似 INSERT 插入操作，replace into底層是先刪除后插入數(shù)據(jù)，會破壞索引、重新維護索引。需注意必須要有主鍵或唯一索引才能有效，否則replace into就只新增了。

2.3 去重表

去重表的機制是根據(jù)mysql唯一索引的特性來的，大致流程：

客戶端先請求服務(wù)端，服務(wù)端先將這次的請求信息存入一張mysql的去重表中，這張表要根據(jù)這次請求的其中某個特殊字段建立唯一索引，或者主鍵索引。
判斷是否插入成功，如果插入成功，則繼續(xù)做后續(xù)業(yè)務(wù)請求。如果插入失敗，則代表已經(jīng)執(zhí)行過當(dāng)前請求。

2.4 悲觀鎖

方式一：簡單的利用Java自帶的syn 或 lock 鎖實現(xiàn)冪等性。核心點在于將重要的執(zhí)行部分將并行切換為串行。缺點是這個鎖在分布式場景是不能用的，因為都跨JVM了！此時需要引入分布式鎖了。

依靠MySQL自帶的for update操作數(shù)據(jù)庫，來實現(xiàn)串行化。這里的重點在于for update，簡單說明下：

當(dāng)線程A執(zhí)行for update，數(shù)據(jù)會對當(dāng)前記錄加鎖，其他線程執(zhí)行到此行代碼的時候，會等待線程A釋放鎖之后，才可以獲取鎖，繼續(xù)后續(xù)操作。
事物提交時，for update獲取的鎖會自動釋放。

該模式的缺點是，如果業(yè)務(wù)處理比較耗時，并發(fā)情況下，后面線程會長期處于等待狀態(tài)，占用了很多線程，讓這些線程處于無效等待狀態(tài)，而web服務(wù)中的線程數(shù)量一般有限的，如果大量線程由于獲取for update鎖處于等待狀態(tài)，不利于系統(tǒng)并發(fā)操作。

2.5 樂觀鎖

對每行數(shù)據(jù)添加個version字段，這里其實跟秒殺設(shè)計中的思路類似，利用MySQL自帶的當(dāng)前讀更新操作。在更新數(shù)據(jù)時候先查詢獲得對應(yīng)版本號，然后嘗試update操作，根據(jù)返回值是否為0來確保是否是重復(fù)提交。

select id,name,account,version from user where id = 1412; // 假設(shè)獲得的 version = 10

update user set account = account + 10,version = version + 1 
where id = 1412 and version = 10;

2.6 分布式鎖

使用Redis中的setnx操作，將冪等性的保證屏障設(shè)置在分布式鎖中。如果setnx成功了說明這是第一次進行數(shù)據(jù)插入，繼續(xù)執(zhí)行SQL語句即可。如果setnx失敗了，那說明已經(jīng)執(zhí)行過了。

2.7 token 方案

這種方式分成兩個階段：申請token階段和支付階段。

第一階段：在進入到提交訂單頁面之前，需要訂單系統(tǒng)根據(jù)用戶信息向支付系統(tǒng)發(fā)起一次申請token的請求，支付系統(tǒng)將token保存到Redis緩存中，為第二階段支付使用。
第二階段：訂單系統(tǒng)拿著申請到的token發(fā)起支付請求，支付系統(tǒng)會檢查Redis中是否存在該token，如果存在，表示第一次發(fā)起支付請求，刪除緩存中token后開始支付邏輯處理；如果緩存中不存在，表示非法請求。

實際上這里的token可以認為是一個信物，支付系統(tǒng)根據(jù)token確認插入的唯一性。token模式不足之處在于，需要系統(tǒng)間交互兩次，流程較上述方法復(fù)雜。