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冪等性問題是面試中常見的面試問題，也是分佈式系統最常遇到的問題之一。
在說冪等性之前，我們先來看一種情況，假如老王在某電商平臺進行購物，付款的時候不小心手抖了一下，連續點擊了兩次支付，但此時服務器沒做任何驗證，於是老王賬戶裏面的錢被扣了兩次，這顯然對當事人造成了一定的經濟損失，並且還會讓用戶喪失對平臺的信任。而冪等性問題說的就是如何防止接口的重複無效請求。
看完本文你會了解到：什麼是冪等性？如何保證接口的冪等性？
典型回答
冪等性最早是數學裏面的一個概念，後來被用於計算機領域，用於表示任意多次請求均與一次請求執行的結果相同，也就是說對於一個接口而言，無論調用了多少次，最終得到的結果都是一樣的。比如以下代碼：
public class IdempotentExample {
// 變量
private static int count = 0;
/**
* 非冪等性方法
*/
public static void addCount() {
count++;
}
/**
* 冪等性方法
*/
public static void printCount() {
System.out.println(count);
}
}
對於變量 count 來說，如果重複調用 addCount() 方法的話，會一直累加 count 的值，因爲 addCount() 方法就是非冪等性方法；而 printCount() 方法只是用來打印控制檯信息的。因此，它無論調用多少次結果都是一樣的，所以它是冪等性方法。
知道了冪等性的概念，那如何保證冪等性呢？
冪等性的實現方案通常分爲以下幾類：
-
前端攔截 -
使用數據庫實現冪等性 -
使用 JVM 鎖實現冪等性 -
使用分佈式鎖實現冪等性
下面我們分別來看它們的具體實現過程。
1. 前端攔截
前端攔截是指通過 Web 站點的頁面進行請求攔截，比如在用戶點擊完“提交”按鈕後，我們可以把按鈕設置爲不可用或者隱藏狀態，避免用戶重複點擊。
核心的實現代碼如下：
<script>
function subCli(){
// 按鈕設置爲不可用
document.getElementById("btn_sub").disabled="disabled";
document.getElementById("dv1").innerText = "按鈕被點擊了~";
}
</script>
<body style="margin-top: 100px;margin-left: 100px;">
<input type="button" value=" 提 交 " >
<div style="margin-top: 80px;"></div>
</body>
但前端攔截有一個致命的問題，如果是懂行的程序員或者黑客可以直接繞過頁面的 JS 執行，直接模擬請求後端的接口，這樣的話，我們前端的這些攔截就不能生效了。因此除了前端攔截一部分正常的誤操作之外，後端的驗證必不可少。
2. 數據庫實現
數據庫實現冪等性的方案有三個：
-
通過悲觀鎖來實現冪等性 -
通過唯一索引來實現冪等性 -
通過樂觀鎖來實現冪等性
3. JVM 鎖實現
JVM 鎖實現是指通過 JVM 提供的內置鎖如 Lock 或者是 synchronized 來實現冪等性。使用 JVM 鎖來實現冪等性的一般流程爲：首先通過 Lock 對代碼段進行加鎖操作，然後再判斷此訂單是否已經被處理過，如果未處理則開啓事務執行訂單處理，處理完成之後提交事務並釋放鎖，執行流程如下圖所示：
JVM 鎖存在的最大問題在於，它只能應用於單機環境，因爲 Lock 本身爲單機鎖，所以它就不適應於分佈式多機環境。
4. 分佈式鎖實現
分佈式鎖實現冪等性的邏輯是，在每次執行方法之前先判斷是否可以獲取到分佈式鎖，如果可以，則表示爲第一次執行方法，否則直接捨棄請求即可，執行流程如下圖所示：
分佈式鎖執行流程圖
需要注意的是分佈式鎖的 key 必須爲業務的唯一標識，我們通常使用 Redis 或者 ZooKeeper 來實現分佈式鎖；如果使用 Redis 的話，則用 set 命令來創建和獲取分佈式鎖，執行示例如下：
127.0.0.1:6379> set lock true ex 30 nx
OK # 創建鎖成功
其中，ex 是用來設置超時時間的；而 nx 是 not exists 的意思，用來判斷鍵是否存在。如果返回的結果爲“OK”，則表示創建鎖成功，否則表示重複請求，應該捨棄。更多關於 Reids 實現分佈式的內容可以查看第 20 課時的內容。
考點分析
冪等性問題看似“高大上”其實說白了就是如何避免重複請求提交的問題，出於安全性的考慮，我們必須在前後端都進行冪等性驗證，同時冪等性問題在日常工作中又特別常見，解決的方案也有很多，但考慮到分佈式系統情況，我們應該優先使用分佈式鎖來實現。
和此知識點相關的面試題還有以下這些：
-
冪等性需要注意什麼問題？ -
實現冪等性的關鍵步驟有哪些？ -
說一說數據庫實現冪等性的執行細節？
知識擴展
1. 冪等性注意事項
冪等性的實現與判斷需要消耗一定的資源，因此不應該給每個接口都增加冪等性判斷，要根據實際的業務情況和操作類型來進行區分。例如，我們在進行查詢操作和刪除操作時就無須進行冪等性判斷。查詢操作查一次和查多次的結果都是一致的，因此我們無須進行冪等性判斷。刪除操作也是一樣，刪除一次和刪除多次都是把相關的數據進行刪除（這裏的刪除指的是條件刪除而不是刪除所有數據），因此也無須進行冪等性判斷。
2. 冪等性的關鍵步驟
實現冪等性的關鍵步驟分爲以下三個：
-
每個請求操作必須有唯一的 ID，而這個 ID 就是用來表示此業務是否被執行過的關鍵憑證，例如，訂單支付業務的請求，就要使用訂單的 ID 作爲冪等性驗證的 Key； -
每次執行業務之前必須要先判斷此業務是否已經被處理過； -
第一次業務處理完成之後，要把此業務處理的狀態進行保存，比如存儲到 Redis 中或者是數據庫中，這樣才能防止業務被重複處理。
3. 數據庫實現冪等性
使用數據庫實現冪等性的方法有三種：
-
通過悲觀鎖來實現冪等性 -
通過唯一索引來實現冪等性 -
通過樂觀鎖來實現冪等性
接下來我們分別來看這些實現方式的具體執行過程。
① 悲觀鎖
使用悲觀鎖實現冪等性，一般是配合事務一起來實現，在沒有使用悲觀鎖時，我們通常的執行過程是這樣的，首先來判斷數據的狀態，執行 SQL 如下：
select status from table_name where ;
然後再進行添加操作：
insert into table_name (id) values ('xxx');
最後再進行狀態的修改：
update table_name set status='xxx';
但這種情況因爲是非原子操作，所以在高併發環境下可能會造成一個業務被執行兩次的問題，當一個程序在執行中時，而另一個程序也開始狀態判斷的操作。因爲第一個程序還未來得及更改狀態，所以第二個程序也能執行成功，這就導致一個業務被執行了兩次。
在這種情況下我們就可以使用悲觀鎖來避免問題的產生，實現 SQL 如下所示：
begin; # 1.開始事務
select * from table_name where for update; # 2.查詢狀態
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.提交事務
在實現的過程中需要注意以下兩個問題：
-
如果使用的是 MySQL 數據庫，必須選用 innodb 存儲引擎，因爲 innodb 支持事務； -
id 字段一定要是主鍵或者是唯一索引，不然會鎖表，影響其他業務執行。
② 唯一索引
我們可以創建一個唯一索引的表來實現冪等性，在每次執行業務之前，先執行插入操作，因爲唯一字段就是業務的 ID，因此如果重複插入的話會觸發唯一約束而導致插入失敗。在這種情況下（插入失敗）我們就可以判定它爲重複提交的請求。
唯一索引表的創建示例如下：
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 '唯一約束'
) ENGINE=InnoDB;
③ 樂觀鎖
樂觀鎖是指在執行數據操作時（更改或添加）進行加鎖操作，其他時間不加鎖，因此相比於整個執行過程都加鎖的悲觀鎖來說，它的執行效率要高很多。
樂觀鎖可以通過版本號來實現，例如以下 SQL：
update table_name set version=version+1 where version=0;
小結
冪等性不但可以保證程序正常執行，還可以杜絕一些垃圾數據以及無效請求對系統資源的消耗。本課時我們講了冪等性的 6 種實現方式，包括前端攔截、數據庫悲觀鎖實現、數據唯一索引實現、數據庫樂觀鎖實現、JVM 鎖實現，以及分佈式鎖的實現等方案，其中前端攔截無法防止懂行的人直接繞過前端進行模擬請求的操作。因此後端一定要實現冪等性處理，推薦的做法是使用分佈式鎖來實現，這樣的解決方案更加通用。
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