冪等策略分析

冪等概念來自數學，表示N次變換和1次變換的結果是相同的。這裏討論在某些場景下，客戶端在調用服務沒有達到預期結果時，會進行屢次調用，爲避免屢次重複的調用對服務資源產生反作用，服務提供者會承諾知足冪等。

舉個栗子，雙十一零點剛過，小明就火燒眉毛地點擊提交訂單按鈕，選擇在線支付，點了確認支付按鈕，這時候網絡有些慢，小明擔憂心愛的商品被搶購一空，就點了屢次確認付款按鈕，若是這個訂單扣款屢次，客服熱線估計會被小明打爆。

什麼是冪等性

HTTP/1.1中對冪等性的定義是：一次和屢次請求某一個資源對於資源自己應該具備一樣的反作用（網絡超時等問題除外）。也就是說，其任意屢次執行對資源自己所產生的影響均與一次執行的影響相同。

Methods can also have the property of 「idempotence」 in that (aside from error or expiration issues) the side-effects of N > 0 identical requests is the same as for a single request.

這裏須要關注幾個重點：

1. 冪等不只僅只是一次（或屢次）請求對資源沒有反作用（好比查詢數據庫操做，沒有增刪改，所以沒有對數據庫有任何影響）。
2. 冪等還包括第一次請求的時候對資源產生了反作用，可是之後的屢次請求都不會再對資源產生反作用。
3. 冪等關注的是之後的屢次請求是否對資源產生的反作用，而不關注結果。
4. 網絡超時等問題，不是冪等的討論範圍。

冪等性是系統服務對外一種承諾（而不是實現），承諾只要調用接口成功，外部屢次調用對系統的影響是一致的。聲明爲冪等的服務會認爲外部調用失敗是常態，而且失敗以後必然會有重試。

什麼狀況下須要冪等

業務開發中，常常會遇到重複提交的狀況，不管是因爲網絡問題沒法收到請求結果而從新發起請求，或是前端的操做抖動而形成重複提交狀況。
在交易系統，支付系統這種重複提交形成的問題有尤爲明顯，好比：

1. 用戶在APP上連續點擊了屢次提交訂單，後臺應該只產生一個訂單；
2. 向支付寶發起支付請求，因爲網絡問題或系統BUG重發，支付寶應該只扣一次錢。
   很顯然，聲明冪等的服務認爲，外部調用者會存在屢次調用的狀況，爲了防止外部屢次調用對系統數據狀態的發生屢次改變，將服務設計成冪等。

冪等VS防重

上面例子中小明遇到的問題，只是重複提交的狀況，和服務冪等的初衷是不一樣的。重複提交是在第一次請求已經成功的狀況下，人爲的進行屢次操做，致使不知足冪等要求的服務屢次改變狀態。而冪等更多使用的狀況是第一次請求不知道結果（好比超時）或者失敗的異常狀況下，發起屢次請求，目的是屢次確認第一次請求成功，卻不會因屢次請求而出現屢次的狀態變化。

什麼狀況下須要保證冪等性

以SQL爲例，有下面三種場景，只有第三種場景須要開發人員使用其餘策略保證冪等性：

1. SELECT col1 FROM tab1 WHER col2=2，不管執行多少次都不會改變狀態，是自然的冪等。
2. UPDATE tab1 SET col1=1 WHERE col2=2，不管執行成功多少次狀態都是一致的，所以也是冪等操做。
3. UPDATE tab1 SET col1=col1+1 WHERE col2=2，每次執行的結果都會發生變化，這種不是冪等的。

爲何要設計冪等性的服務

冪等可使得客戶端邏輯處理變得簡單，可是卻以服務邏輯變得複雜爲代價。知足冪等服務的須要在邏輯中至少包含兩點：

1. 首先去查詢上一次的執行狀態，若是沒有則認爲是第一次請求
2. 在服務改變狀態的業務邏輯前，保證防重複提交的邏輯

冪等的不足

冪等是爲了簡化客戶端邏輯處理，卻增長了服務提供者的邏輯和成本，是否有必要，須要根據具體場景具體分析，所以除了業務上的特殊要求外，儘可能不提供冪等的接口。

1. 增長了額外控制冪等的業務邏輯，複雜化了業務功能；
2. 把並行執行的功能改成串行執行，下降了執行效率。

保證冪等策略

冪等須要經過惟一的業務單號來保證。也就是說相同的業務單號，認爲是同一筆業務。使用這個惟一的業務單號來確保，後面屢次的相同的業務單號的處理邏輯和執行效果是一致的。
下面以支付爲例，在不考慮併發的狀況下，實現冪等很簡單：①先查詢一下訂單是否已經支付過，②若是已經支付過，則返回支付成功；若是沒有支付，進行支付流程，修改訂單狀態爲‘已支付’。

防重複提交策略

上述的保證冪等方案是分紅兩步的，第②步依賴第①步的查詢結果，沒法保證原子性的。在高併發下就會出現下面的狀況：第二次請求在第一次請求第②步訂單狀態尚未修改成‘已支付狀態’的狀況下到來。既然得出了這個結論，餘下的問題也就變得簡單：把查詢和變動狀態操做加鎖，將並行操做改成串行操做。

樂觀鎖

若是隻是更新已有的數據，沒有必要對業務進行加鎖，設計表結構時使用樂觀鎖，通常經過version來作樂觀鎖，這樣既能保證執行效率，又能保證冪等。例如：
UPDATE tab1 SET col1=1,version=version+1 WHERE version=#version#
不過，樂觀鎖存在失效的狀況，就是常說的ABA問題，不過若是version版本一直是自增的就不會出現ABA的狀況。（從網上找了一張圖片很能說明樂觀鎖，引用過來，出自Mybatis對樂觀鎖的支持）

防重表

使用訂單號orderNo作爲去重表的惟一索引，每次請求都根據訂單號向去重表中插入一條數據。第一次請求查詢訂單支付狀態，固然訂單沒有支付，進行支付操做，不管成功與否，執行完後更新訂單狀態爲成功或失敗，刪除去重表中的數據。後續的訂單由於表中惟一索引而插入失敗，則返回操做失敗，直到第一次的請求完成（成功或失敗）。能夠看出防重表做用是加鎖的功能。

分佈式鎖

這裏使用的防重表可使用分佈式鎖代替，好比Redis。訂單發起支付請求，支付系統會去Redis緩存中查詢是否存在該訂單號的Key，若是不存在，則向Redis增長Key爲訂單號。查詢訂單支付已經支付，若是沒有則進行支付，支付完成後刪除該訂單號的Key。經過Redis作到了分佈式鎖，只有此次訂單訂單支付請求完成，下次請求才能進來。相比去重表，將放併發作到了緩存中，較爲高效。思路相同，同一時間只能完成一次支付請求。

token令牌

這種方式分紅兩個階段：申請token階段和支付階段。
第一階段，在進入到提交訂單頁面以前，須要訂單系統根據用戶信息向支付系統發起一次申請token的請求，支付系統將token保存到Redis緩存中，爲第二階段支付使用。
第二階段，訂單系統拿着申請到的token發起支付請求，支付系統會檢查Redis中是否存在該token，若是存在，表示第一次發起支付請求，刪除緩存中token後開始支付邏輯處理；若是緩存中不存在，表示非法請求。
實際上這裏的token是一個信物，支付系統根據token確認，你是你媽的孩子。不足是須要系統間交互兩次，流程較上述方法複雜。

支付緩衝區

把訂單的支付請求都快速地接下來，一個快速接單的緩衝管道。後續使用異步任務處理管道中的數據，過濾掉重複的待支付訂單。優勢是同步轉異步，高吞吐。不足是不能及時地返回支付結果，須要後續監聽支付結果的異步返回。

我是葛一凡，但願對你有幫助。
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參考

1. 高併發的核心技術-冪等的實現方案
2. 防重複請求處理的實踐與總結
3. 分佈式服務協調—冪等(Idempotent)機制
4. 分佈式系統接口冪等性
5. 冪等性 我的理解及應用
6. 編程中的冪等性 —— HTTP冪等性
7. 系統冪等以及經常使用實現方式
8. 高併發系統數據冪等的技術嘗試
9. Mybatis對樂觀鎖的支持