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冪等概念來自數(shù)學(xué)，表示N次變換和1次變換的結(jié)果是相同的。這里討論在某些場(chǎng)景下，客戶端在調(diào)用服務(wù)沒有達(dá)到預(yù)期結(jié)果時(shí)，會(huì)進(jìn)行多次調(diào)用，為避免多次重復(fù)的調(diào)用對(duì)服務(wù)資源產(chǎn)生副作用，服務(wù)提供者會(huì)承諾滿足冪等。
舉個(gè)栗子，雙十一零點(diǎn)剛過，小明就迫不及待地點(diǎn)擊提交訂單按鈕，選擇在線支付，點(diǎn)了確認(rèn)支付按鈕，這時(shí)候網(wǎng)絡(luò)有些慢，小明擔(dān)心心愛的商品被搶購(gòu)一空，就點(diǎn)了多次確認(rèn)付款按鈕，如果這個(gè)訂單扣款多次，客服熱線估計(jì)會(huì)被小明打爆。
什么是冪等性
HTTP/1.1中對(duì)冪等性的定義是：一次和多次請(qǐng)求某一個(gè)資源 對(duì)于資源本身 應(yīng)該具有同樣的副作用（網(wǎng)絡(luò)超時(shí)等問題除外）。也就是說， 其任意多次執(zhí)行對(duì)資源本身所產(chǎn)生的影響均與一次執(zhí)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.
這里需要關(guān)注幾個(gè)重點(diǎn)：
- 冪等不僅僅只是一次（或多次）請(qǐng)求對(duì)資源沒有副作用（比如查詢數(shù)據(jù)庫(kù)操作，沒有增刪改，因此沒有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)有任何影響）。
- 冪等還包括第一次請(qǐng)求的時(shí)候?qū)Y源產(chǎn)生了副作用，但是以后的多次請(qǐng)求都不會(huì)再對(duì)資源產(chǎn)生副作用。
- 冪等關(guān)注的是以后的多次請(qǐng)求是否對(duì)資源產(chǎn)生的副作用，而不關(guān)注結(jié)果。
- 網(wǎng)絡(luò)超時(shí)等問題，不是冪等的討論范圍。
冪等性是系統(tǒng)服務(wù)對(duì)外一種承諾（而不是實(shí)現(xiàn)），承諾只要調(diào)用接口成功，外部多次調(diào)用對(duì)系統(tǒng)的影響是一致的。聲明為冪等的服務(wù)會(huì)認(rèn)為外部調(diào)用失敗是常態(tài)，并且失敗之后必然會(huì)有重試。
什么情況下需要冪等
業(yè)務(wù)開發(fā)中，經(jīng)常會(huì)遇到重復(fù)提交的情況，無論是由于網(wǎng)絡(luò)問題無法收到請(qǐng)求結(jié)果而重新發(fā)起請(qǐng)求，或是前端的操作抖動(dòng)而造成重復(fù)提交情況。
在交易系統(tǒng)，支付系統(tǒng)這種重復(fù)提交造成的問題有尤其明顯，比如：
- 用戶在APP上連續(xù)點(diǎn)擊了多次提交訂單，后臺(tái)應(yīng)該只產(chǎn)生一個(gè)訂單；
- 向支付寶發(fā)起支付請(qǐng)求，由于網(wǎng)絡(luò)問題或系統(tǒng)BUG重發(fā)，支付寶應(yīng)該只扣一次錢。
很顯然，聲明冪等的服務(wù)認(rèn)為，外部調(diào)用者會(huì)存在多次調(diào)用的情況，為了防止外部多次調(diào)用對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)狀態(tài)的發(fā)生多次改變，將服務(wù)設(shè)計(jì)成冪等。
冪等VS防重
上面例子中小明遇到的問題，只是重復(fù)提交的情況，和服務(wù)冪等的初衷是不同的。重復(fù)提交是在第一次請(qǐng)求已經(jīng)成功的情況下，人為的進(jìn)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)。而冪等更多使用的情況是第一次請(qǐng)求不知道結(jié)果（比如超時(shí)）或者失敗的異常情況下，發(fā)起多次請(qǐng)求，目的是多次確認(rèn)第一次請(qǐng)求成功，卻不會(huì)因多次請(qǐng)求而出現(xiàn)多次的狀態(tài)變化。
什么情況下需要保證冪等性
以SQL為例，有下面三種場(chǎng)景，只有第三種場(chǎng)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(huì)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(huì)發(fā)生變化，這種不是冪等的。
為什么要設(shè)計(jì)冪等性的服務(wù)
冪等可以使得客戶端邏輯處理變得簡(jiǎn)單，但是卻以服務(wù)邏輯變得復(fù)雜為代價(jià)。滿足冪等服務(wù)的需要在邏輯中至少包含兩點(diǎn)：
- 首先去查詢上一次的執(zhí)行狀態(tài)，如果沒有則認(rèn)為是第一次請(qǐng)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
冪等的不足
冪等是為了簡(jiǎn)化客戶端邏輯處理，卻增加了服務(wù)提供者的邏輯和成本，是否有必要，需要根據(jù)具體場(chǎng)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。
保證冪等策略
冪等需要通過 唯一的業(yè)務(wù)單號(hào) 來保證。也就是說相同的業(yè)務(wù)單號(hào)，認(rèn)為是同一筆業(yè)務(wù)。使用這個(gè)唯一的業(yè)務(wù)單號(hào)來確保，后面多次的相同的業(yè)務(wù)單號(hào)的處理邏輯和執(zhí)行效果是一致的。
下面以支付為例，在不考慮并發(fā)的情況下，實(shí)現(xiàn)冪等很簡(jiǎn)單：①先查詢一下訂單是否已經(jīng)支付過，②如果已經(jīng)支付過，則返回支付成功；如果沒有支付，進(jìn)行支付流程，修改訂單狀態(tài)為‘已支付’。
防重復(fù)提交策略
上述的保證冪等方案是分成兩步的，第②步依賴第①步的查詢結(jié)果，無法保證原子性的。在高并發(fā)下就會(huì)出現(xiàn)下面的情況：第二次請(qǐng)求在第一次請(qǐng)求第②步訂單狀態(tài)還沒有修改為‘已支付狀態(tài)’的情況下到來。既然得出了這個(gè)結(jié)論，余下的問題也就變得簡(jiǎn)單：把查詢和變更狀態(tài)操作加鎖，將并行操作改為串行操作。
樂觀鎖
如果只是更新 已有 的數(shù)據(jù)，沒有必要對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行加鎖，設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)時(shí)使用樂觀鎖，一般通過version來做樂觀鎖，這樣既能保證執(zhí)行效率，又能保證冪等。例如：
UPDATE tab1 SET col1=1,version=version+1 WHERE version=#version# 不過，樂觀鎖存在失效的情況，就是常說的ABA問題，不過如果version版本一直是自增的就不會(huì)出現(xiàn)ABA的情況。（從網(wǎng)上找了一張圖片很能說明樂觀鎖，引用過來，出自 Mybatis對(duì)樂觀鎖的支持 ）
防重表
使用訂單號(hào)orderNo做為去重表的唯一索引，每次請(qǐng)求都根據(jù)訂單號(hào)向去重表中插入一條數(shù)據(jù)。第一次請(qǐng)求查詢訂單支付狀態(tài)，當(dāng)然訂單沒有支付，進(jìn)行支付操作，無論成功與否，執(zhí)行完后更新訂單狀態(tài)為成功或失敗，刪除去重表中的數(shù)據(jù)。后續(xù)的訂單因?yàn)楸碇形ㄒ凰饕迦胧。瑒t返回操作失敗，直到第一次的請(qǐng)求完成（成功或失敗）。 可以看出防重表作用是加鎖的功能。
分布式鎖
這里使用的防重表可以使用分布式鎖代替，比如Redis。訂單發(fā)起支付請(qǐng)求，支付系統(tǒng)會(huì)去Redis緩存中查詢是否存在該訂單號(hào)的Key，如果不存在，則向Redis增加Key為訂單號(hào)。查詢訂單支付已經(jīng)支付，如果沒有則進(jìn)行支付，支付完成后刪除該訂單號(hào)的Key。通過Redis做到了分布式鎖，只有這次訂單訂單支付請(qǐng)求完成，下次請(qǐng)求才能進(jìn)來。相比去重表，將放并發(fā)做到了緩存中，較為高效。思路相同， 同一時(shí)間只能完成一次支付請(qǐng)求 。
token令牌
這種方式分成兩個(gè)階段：申請(qǐng)token階段和支付階段。
第一階段，在進(jìn)入到提交訂單頁(yè)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(qǐng)token的請(qǐng)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(qǐng)到的token發(fā)起支付請(qǐng)求，支付系統(tǒng)會(huì)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(qǐng)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(qǐng)求。
實(shí)際上這里的token是一個(gè)信物，支付系統(tǒng)根據(jù)token確認(rèn)，你是你媽的孩子。不足是需要系統(tǒng)間交互兩次，流程較上述方法復(fù)雜。
支付緩沖區(qū)
把訂單的支付請(qǐng)求都快速地接下來，一個(gè)快速接單的緩沖管道。后續(xù)使用異步任務(wù)處理管道中的數(shù)據(jù)，過濾掉重復(fù)的待支付訂單。優(yōu)點(diǎn)是同步轉(zhuǎn)異步，高吞吐。不足是不能及時(shí)地返回支付結(jié)果，需要后續(xù)監(jiān)聽支付結(jié)果的異步返回。