Redis+token实现幂等性

一、概念

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）。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。

幂等：是一个数学概念，表示Ｎ次变换和１次变换的结果相同。

幂等操作：其特点是任意多次执行所产生的影响均与一次执行的影响相同（不会改变资源状态，对数据没有副作用）。

幂等性：一系列操作都是幂等操作。

幂等接口：幂等接口认为，外部调用者会存在多次调用的场景，为了防止重试对数据状态的改变，需要将接口的设计为幂等的

二、幂等性和重复提交的区别

• 重复提交是在第一次请求已经成功的情况下，导致不满足幂等要求的服务多次改变状态。

• 幂等更多使用的情况是第一次请求不知道结果（比如超时）或者失败的异常情况下，发起多次请求，目的是多次确认第一次请求成功，却不会因多次请求而出现多次的状态变化。

三、幂等场景

1. 重试机制：微服务场景，在我们传统应用架构中调用接口由于网络原因可能会超时。如果超时了，微服务框架会进行重试。

2. 用户重复操作：客服端多次点击。如：快速点击按钮多次。

3. MQ消息中间件：消息重复消费

4. 调用第三方平台的接口，因为异常也会导致多次异步回调

四、不足

1. 增加了额外控制幂等的业务逻辑，复杂化了业务功能；

2. 把并行执行的功能改为串行执行，降低了执行效率。

五、设计幂等性分析

5.1、数据库层面

增加（C）

数据库自增主键，不具备幂等性

查询（R）

重复查询不会产生或变更新的数据，因此查询是天然具备幂等性

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="" cid="n35" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background: rgb(51, 51, 51); position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; color: rgb(184, 191, 198); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">select * from goods where xxx</pre>

更新（U）

• 基于主键的计算赋值，不具备幂等性，

  <pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="sql" cid="n40" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background: rgb(51, 51, 51); position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit;">UPDATE goods SET number=number-1 WHERE id=1`</pre>

• 基于主键的非计算式，具备幂等性，

  <pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="sql" cid="n43" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background: rgb(51, 51, 51); position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit;">UPDATE goods SET number=newNumber WHERE id=1</pre>

• 基于条件查询，不一定具有幂等性（需要根据实际情况进行分析判断）

删除（D）

• 基于主建的delete具备幂等性

• 一般业务层面都是逻辑删除（即update操作），而基于主键的逻辑删除操作也是具有幂等性的

5.2、接口层面(HTTP)

在HTTP规范中定义GET，PUT和DELETE方法应该具有幂等性。

POST方法

HTTP POST 方法是一个非幂等方法，因为调用多次，都将产生新的资源。因为它会对资源本身产生影响，每次调用都会有新的资源产生，因此不具备幂等性

GET方法

GET方法是向服务器查询，不会对系统产生副作用，具有幂等性（不代表每次请求都是相同的结果)

PUT方法

也就是说PUT方法首先判断系统中是否有相关的记录，如果有记录则更新该记录，如果没有则新增记录。

DELETE 方法

DELETE方法是删除服务器上的相关记录。

六、解决幂等性方案

唯一索引

这是最容易想到的方式。页面的数据通常只能被提交一次，多次提交可能会产生脏数据。比如，同一名称的商品只能被创建一次，为了防止创建多次，可以给商品名称添加唯一索引。当在添加一个已有名称的商品时，数据库插入操作就会因为唯一索引而引发异常，避免了脏数据的产生。类似的案例还有博客点赞，订单创建等场景。

唯一索引不仅可以解决并发下的脏数据问题，也可以解决永久性幂等的问题。

缺点： 无法适用分布式存储系统，需要维护数据库的唯一索引，多的情况下不容易管理

分布式锁

如果是分布式系统，全局的唯一索引就很难构建，此时可以使用分布式锁的方式解决此类问题。我们可以在执行第操作时先获取分布式锁，做完操作后，再将分布式锁释放。这样可以解决高并发性下的幂等性问题。

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n70" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background: rgb(51, 51, 51); position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; color: rgb(184, 191, 198); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">@Controller
String addOrder(order){
redisLock.lock();
addOrder(order);
redisLock.unLock();
}</pre>

需要配合 select+insert 使用，如果不配合，无法解决表单重复提交的问题。

MVCC 机制

MVCC(Multi-Version Concurrency Control) 多版本并发控制。在数据更新时需要去比较持有数据的版本号，版本号不一致的操作无法进行更新，更新成功后版本号将会发生变化。

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n75" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background: rgb(51, 51, 51); position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; color: rgb(184, 191, 198); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"> updateStock(int num, int version) {
if (version != currentVersion) {
throw Exception;
} else {
stockDao.minStock();
}
}</pre>

注意，只适用于更新接口

状态机幂等

所谓状态机，就是任务或者业务在执行的过程中，拥有的状态以及状态的变更图。在执行某个操作前，需要先对当前状态进行验证，如果状态不是该有的状态，则拒绝操作。

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n80" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: Monaco, Consolas, "Andale Mono", "DejaVu Sans Mono", monospace; margin-top: 0px; margin-bottom: 20px; font-size: 0.9rem; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background: rgb(51, 51, 51); position: relative !important; padding: 10px 10px 10px 30px; width: inherit; color: rgb(184, 191, 198); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"> String pay() {
if (order.status == "待支付") {
doPay();
}
}</pre>

后台管理员在新增数据时，由于特殊原因，比如按钮抖动，而导致目标数据插入两条；用户下单时，没有做逻辑校验，导致用户下了多笔相同的订单。这些情况都是不被允许的，我们要保证这些操作无论执行多少次，最终产生的结果都是相同的，这类业务通常需要拥有较强的一致性。幂等性就是描述这一接口特性的名词。

参考

深入理解幂等性

分布式防重复提交token设计

幂等性的总结