如何保证接口的幂等性?常见的实现方案有哪些?

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幂等性问题是面试中常见的面试问题,也是分布式系统最常遇到的问题之一。在说幂等性之前,我们先来看一种情况,假如老王在某电商平台进行购物,付款的时候不小心手抖了一下,连续点击了两次支付,但此时服务器没做任何验证,于是老王账户里面的钱被扣了两次,这显然对当事人造成了一定的经济损失,并且还会让用户丧失对平台的信任。而幂等性问题说的就是如何防止接口的重复无效请求。

看完本文你会了解到:什么是幂等性?如何保证接口的幂等性?

典型回答

幂等性最早是数学里面的一个概念,后来被用于计算机领域,用于表示任意多次请求均与一次请求执行的结果相同,也就是说对于一个接口而言,无论调用了多少次,最终得到的结果都是一样的。比如以下代码:

public class IdempotentExample {
    // 变量
    private static int count = 0;
    /**
     * 非幂等性方法
     */
    public static void addCount() {
        count++;
    }
    /**
     * 幂等性方法
     */
    public static void printCount() {
        System.out.println(count);
    }
}

对于变量 count 来说,如果重复调用 addCount() 方法的话,会一直累加 count 的值,因为 addCount() 方法就是非幂等性方法;而 printCount() 方法只是用来打印控制台信息的。因此,它无论调用多少次结果都是一样的,所以它是幂等性方法。

知道了幂等性的概念,那如何保证幂等性呢?

幂等性的实现方案通常分为以下几类:

下面我们分别来看它们的具体实现过程。

1. 前端拦截

前端拦截是指通过 Web 站点的页面进行请求拦截,比如在用户点击完“提交”按钮后,我们可以把按钮设置为不可用或者隐藏状态,避免用户重复点击。

11111111111.gif

核心的实现代码如下:

<script>
    function subCli(){
        // 按钮设置为不可用
        document.getElementById("btn_sub").disabled="disabled";
        document.getElementById("dv1").innerText = "按钮被点击了~";
    }
</script>
<body style="margin-top: 100px;margin-left: 100px;">
    <input id="btn_sub" type="button"  value=" 提 交 "  onclick="subCli()">
    <div id="dv1" style="margin-top: 80px;"></div>
</body>

但前端拦截有一个致命的问题,如果是懂行的程序员或者黑客可以直接绕过页面的 JS 执行,直接模拟请求后端的接口,这样的话,我们前端的这些拦截就不能生效了。因此除了前端拦截一部分正常的误操作之外,后端的验证必不可少。

2. 数据库实现

数据库实现幂等性的方案有三个:

3. JVM 锁实现

JVM 锁实现是指通过 JVM 提供的内置锁如 Lock 或者是 synchronized 来实现幂等性。使用 JVM 锁来实现幂等性的一般流程为:首先通过 Lock 对代码段进行加锁操作,然后再判断此订单是否已经被处理过,如果未处理则开启事务执行订单处理,处理完成之后提交事务并释放锁,执行流程如下图所示:

image.png

JVM 锁存在的最大问题在于,它只能应用于单机环境,因为 Lock 本身为单机锁,所以它就不适应于分布式多机环境。

4. 分布式锁实现

分布式锁实现幂等性的逻辑是,在每次执行方法之前先判断是否可以获取到分布式锁,如果可以,则表示为第一次执行方法,否则直接舍弃请求即可,执行流程如下图所示:

image.png

分布式锁执行流程图

需要注意的是分布式锁的 key 必须为业务的唯一标识,我们通常使用 Redis 或者 ZooKeeper 来实现分布式锁;如果使用 Redis 的话,则用 set 命令来创建和获取分布式锁,执行示例如下:

127.0.0.1:6379> set lock true ex 30 nx
OK # 创建锁成功

其中,ex 是用来设置超时时间的;而 nx 是 not exists 的意思,用来判断键是否存在。如果返回的结果为“OK”,则表示创建锁成功,否则表示重复请求,应该舍弃。更多关于 Reids 实现分布式的内容可以查看第 20 课时的内容。

考点分析

幂等性问题看似“高大上”其实说白了就是如何避免重复请求提交的问题,出于安全性的考虑,我们必须在前后端都进行幂等性验证,同时幂等性问题在日常工作中又特别常见,解决的方案也有很多,但考虑到分布式系统情况,我们应该优先使用分布式锁来实现。

和此知识点相关的面试题还有以下这些:

知识扩展

1. 幂等性注意事项

幂等性的实现与判断需要消耗一定的资源,因此不应该给每个接口都增加幂等性判断,要根据实际的业务情况和操作类型来进行区分。例如,我们在进行查询操作和删除操作时就无须进行幂等性判断。查询操作查一次和查多次的结果都是一致的,因此我们无须进行幂等性判断。删除操作也是一样,删除一次和删除多次都是把相关的数据进行删除(这里的删除指的是条件删除而不是删除所有数据),因此也无须进行幂等性判断。

2. 幂等性的关键步骤

实现幂等性的关键步骤分为以下三个:

3. 数据库实现幂等性

使用数据库实现幂等性的方法有三种:

接下来我们分别来看这些实现方式的具体执行过程。

① 悲观锁

使用悲观锁实现幂等性,一般是配合事务一起来实现,在没有使用悲观锁时,我们通常的执行过程是这样的,首先来判断数据的状态,执行 SQL 如下:

select status from table_name where id='xxx';

然后再进行添加操作:

insert into table_name (id) values ('xxx');

最后再进行状态的修改:

update table_name set status='xxx';

但这种情况因为是非原子操作,所以在高并发环境下可能会造成一个业务被执行两次的问题,当一个程序在执行中时,而另一个程序也开始状态判断的操作。因为第一个程序还未来得及更改状态,所以第二个程序也能执行成功,这就导致一个业务被执行了两次。

在这种情况下我们就可以使用悲观锁来避免问题的产生,实现 SQL 如下所示:

begin;  # 1.开始事务
select * from table_name where id='xxx' for update; # 2.查询状态
insert into table_name (id) values ('xxx'); # 3.添加操作
update table_name set status='xxx'; # 4.更改操作
commit; # 5.提交事务

在实现的过程中需要注意以下两个问题:

② 唯一索引

我们可以创建一个唯一索引的表来实现幂等性,在每次执行业务之前,先执行插入操作,因为唯一字段就是业务的 ID,因此如果重复插入的话会触发唯一约束而导致插入失败。在这种情况下(插入失败)我们就可以判定它为重复提交的请求。

唯一索引表的创建示例如下:

CREATE TABLE `table_name` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `orderid` varchar(32) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '唯一id',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uq_orderid` (`orderid`) COMMENT '唯一约束'
) ENGINE=InnoDB;

③ 乐观锁

乐观锁是指在执行数据操作时(更改或添加)进行加锁操作,其他时间不加锁,因此相比于整个执行过程都加锁的悲观锁来说,它的执行效率要高很多。

乐观锁可以通过版本号来实现,例如以下 SQL:

update table_name set version=version+1 where version=0;

小结

幂等性不但可以保证程序正常执行,还可以杜绝一些垃圾数据以及无效请求对系统资源的消耗。本课时我们讲了幂等性的 6 种实现方式,包括前端拦截、数据库悲观锁实现、数据唯一索引实现、数据库乐观锁实现、JVM 锁实现,以及分布式锁的实现等方案,其中前端拦截无法防止懂行的人直接绕过前端进行模拟请求的操作。因此后端一定要实现幂等性处理,推荐的做法是使用分布式锁来实现,这样的解决方案更加通用。

文章来源:https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=59#/detail/pc?id=1791

  • 幂等
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  • 架构

    我们平时所说的“架构”主要是指软件架构,这是有关软件整体结构与组件的抽象描述,用于指导软件系统各个方面的设计。另外还有“业务架构”、“网络架构”、“硬件架构”等细分领域。

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  • yoss

    数据库还可以用 for update 来实现

    1 回复
  • jianzh5

    数据库这个不是很靠谱!