关于SpringCloud分布式系统中实现幂等性的几种方式

一、概述

在开发订单系统时，我们常遇见支付问题，既用户购买商品后支付，支付扣款成功，但是返回结果的时候网络异常，此时钱已经扣了，用户再次点击按钮，此时会进行第二次扣款，返回结果成功，用户查询余额发现多扣钱了，流水记录也变成了两条。

在以前的单应用系统中，我们只需要把数据操作放入事务中即可，发生错误立即回滚，但是再响应客户端的时候也有可能出现网络中断或者异常问题。如果保证一个订单从创建到支付成功整个订单生命周期中，数据是一致，不因异常而改变。这种机制就需要用到幂等性。

二、什么是幂等性

幂等是一个数学与计算机的概念，常见于常见于抽象代数中。

幂等函数，或幂等方法，是指可以使用相同参数重复执行，并能获得相同结果的函数。这些函数不会影响系统状态，也不用担心重复执行会对系统造成改变。

幂等性：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

接口的幂等性实际上就是接口可重复调用，在调用方多次调用的情况下，接口最终得到的结果是一致的，有些接口可以天然的幂等性，比如查询接口，调用一次和调用多次，对系统得到的结果，是一样的。并不会因为调用的次数改变查询的结果。

插入（INSERT）和修改（UPDATE）方法是非幂等性的，需要通过机制在需要的场景处理以确保多次执行无副作用。

删除（delete）执行一次或多次都是结果为空（即结果一致），并且无副作用，所以在根据主键ID删除可以认为是（伪）幂等性的，根据非主键删除的如果多次执行无副作用（都是把数据删除），也可以认为是（伪）幂等性。

三、幂等性需关注几个重点

• 幂等不仅仅只是一次（或多次）请求对资源没有副作用（比如查询数据库操作，没有增删改，因此没有对数据库有任何影响）
• 幂等还包括第一次请求的时候对资源产生了副作用，但是以后的多次请求都不会再对资源产生副作用。
• 幂等关注的是以后的多次请求是否对资源产生的副作用，而不关注结果。
• 网络超时等问题，不是幂等性的讨论范围。

幂等性是系统服务对外一种承诺（而不是实现），承诺只要调用接口成功，外部多次调用对系统的影响是一致的。声明为幂等的服务会认为外部调用失败是常态，并且失败之后必然会有重试。

四、幂等性有什么用

业务开发中，经常会遇到重复提交的情况，无论是由于网络问题无法收到请求结果而重新发起请求，或是前端的操作抖动而造成重复提交情况。在交易系统，支付系统这种重复提交造成的问题有尤其明显，比如：

• 用户在APP上连续点击了多次提交订单，后台应该只产生一个订单；
• 向支付宝发起支付请求，由于网络问题或系统BUG重发，支付宝应该只扣一次钱。很显然，声明幂等的服务认为，外部调用者会存在多次调用的情况，为了防止外部多次调用对系统数据状态的发生多次改变，将服务设计成幂等。
• 出库单反复请求产生多个出库单信息。

五、常见用来保证幂等的手段

5.1 MVCC方案

多版本并发控制，该策略主要使用update with condition（更新带条件来防止）来保证多次外部请求调用对系统的影响是一致的。在系统设计的过程中，合理的使用乐观锁，通过version或者updateTime（timestamp）等其他条件，来做乐观锁的判断条件，这样保证更新操作即使在并发的情况下，也不会有太大的问题。例如

select * from tablename where condition=#condition# //取出要跟新的对象，带有版本versoin
update tableName set name=#name#,version=version+1 where version=#version#

在更新的过程中利用version来防止，其他操作对对象的并发更新，导致更新丢失。为了避免失败，通常需要一定的重试机制。

5.2 去重表

在插入数据的时候，插入去重表，利用数据库的唯一索引特性，保证唯一的逻辑。

这种方法适用于在业务中有唯一标的插入场景中，比如在以上的支付场景中，如果一个订单只会支付一次，所以订单ID可以作为唯一标识。这时，我们就可以建一张去重表，并且把唯一标识作为唯一索引，在我们实现时，把创建支付单据和写入去去重表，放在一个事务中，如果重复创建，数据库会抛出唯一约束异常，操作就会回滚。

5.3 去重表

select for update，整个执行过程中锁定该订单对应的记录。注意：这种在DB读大于写的情况下尽量少用。

5.4 select + insert

并发不高的后台系统，或者一些任务JOB，为了支持幂等，支持重复执行，简单的处理方法是，先查询下一些关键数据，判断是否已经执行过，在进行业务处理，就可以了。注意：核心高并发流程不要用这种方法。

5.5 状态机幂等

在设计单据相关的业务，或者是任务相关的业务，肯定会涉及到状态机，就是业务单据上面有个状态，状态在不同的情况下会发生变更，一般情况下存在有限状态机，这时候，如果状态机已经处于下一个状态，这时候来了一个上一个状态的变更，理论上是不能够变更的，这样的话，保证了有限状态机的幂等。

这种方法适合在有状态机流转的情况下，比如就会订单的创建和付款，订单的付款肯定是在之前，这时我们可以通过在设计状态字段时，使用int类型，并且通过值类型的大小来做幂等，比如订单的创建为1000，付款成功为1。付款失败为999。

5.6 token机制

防止页面重复提交

业务要求：页面的数据只能被点击提交一次，

发生原因：由于重复点击或者网络重发，或者nginx重发等情况会导致数据被重复提交

解决办法：

• 集群环境：采用token加redis（redis单线程的，处理需要排队）
• 单JVM环境：采用token加redis或token加jvm内存

处理流程：

• 数据提交前要向服务的申请token，token放到redis或jvm内存，token有效时间
• 提交后后台校验token，同时删除token，生成新的token返回
• token特点:要申请，一次有效性，可以限流

5.7 对外提供接口的api如何保证幂等

如微信提供的付款接口：需要接入商户提交付款请求时附带：source来源，seq序列号。source+seq在数据库里面做唯一索引，防止多次付款，(并发时，只能处理一个请求)

总结： 

幂等性应该是合格程序员的一个基因，在设计系统时，是首要考虑的问题，尤其是在像支付宝，银行，互联网金融公司等涉及的都是钱的系统，既要高效，数据也要准确，所以不能出现多扣款，多打款等问题，这样会很难处理，用户体验也不好 。

5.8 全局唯一ID

如果使用全局唯一ID，就是根据业务的操作和内容生成一个全局ID，在执行操作前先根据这个全局唯一ID是否存在，来判断这个操作是否已经执行。如果不存在则把全局ID，存储到存储系统中，比如数据库、redis等。如果存在则表示该方法已经执行。

从工程的角度来说，使用全局ID做幂等可以作为一个业务的基础的微服务存在，在很多的微服务中都会用到这样的服务，在每个微服务中都完成这样的功能，会存在工作量重复。另外打造一个高可靠的幂等服务还需要考虑很多问题，比如一台机器虽然把全局ID先写入了存储，但是在写入之后挂了，这就需要引入全局ID的超时机制。

使用全局唯一ID是一个通用方案，可以支持插入、更新、删除业务操作。但是这个方案看起来很美但是实现起来比较麻烦，下面的方案适用于特定的场景，但是实现起来比较简单。

5.9 分布式锁

在进入方法时，先去获取锁，假如获取到锁，就继续后面的流程。假如没有获取到锁，就等待锁的释放直到获取到锁。当执行完方法时，释放锁。当然，锁要设个超时时间，防止意外没有释放到锁。它用来解决分布式系统的幂等性，常用的实现方案是 redis 和 zookeeper 等工具。

六、总结

幂等性增加了额外控制幂等的业务逻辑，复杂化了业务功能，把并行执行的功能改为串行执行，降低了执行效率。

幂等性虽然复杂化了业务功能和降低了执行效率，但为了保证系统的正确性，是必要的。就上面更新 X 的例子，在单台服务器上，给那段代码加上锁，并给 X 设为 volatile，就保证来数据的正确性了。

在分布式环境下并且 X 是从数据库或者文件里查询出来的，用上面加锁的方式实现就不能保证数据的正确性了，这时候就需要用到分布式锁了。所以，保证方法或接口的幂等性是非常有必要的，因为数据是不能出现任何问题的。

到此这篇关于关于SpringCloud分布式系统中实现幂等性的几种方式的文章就介绍到这了,更多相关SpringCloud中实现幂等性内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！