由防重复点击引发的幂等性问题思考

Bertha 。 2022-01-29 02:43 344阅读 0赞

HTTP/1.1中对幂等性的定义是：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，用户对于同一操作发起的一次请求或者多次请求的结果是一致的，不会因为多次点击而产生了副作用。举个最简单的例子，那就是支付，用户购买商品使用约支付，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，用户查询余额返发现多扣钱了，流水记录也变成了两条．

这里需要关注几个重点：

1、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）。  
2、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。  
3、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。  
4、网络超时等问题，不是幂等的讨论范围。

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。

**那么我们为什么需要接口具有幂等性呢**？设想一下以下情形：

*  在App中下订单的时候，点击确认之后，没反应，就又点击了几次。在这种情况下，如果无法保证该接口的幂等性，那么将会出现重复下单问题。
 *  在接收消息的时候，消息推送重复。如果处理消息的接口无法保证幂等，那么重复消费消息产生的影响可能会非常大。
 *  在分布式环境中，网络环境更加复杂，因前端操作抖动、网络故障、消息重复、响应速度慢等原因，对接口的重复调用概率会比集中式环境下更大，尤其是重复消息在分布式环境中很难避免。

分布式环境中，有些接口是天然保证幂等性的，如查询操作。有些对数据的修改是一个常量，并且无其他记录和操作，那也可以说是具有幂等性的。其他情况下，所有涉及对数据的修改、状态的变更就都有必要防止重复性操作的发生。通过间接的实现接口的幂等性来防止重复操作所带来的影响，成为了一种有效的解决方案。

**幂等和防重的区别**

防重复提交的示例：比如我之前写的一个针对签约系统的审批流，因为场景需要，某一个业务可以提交多次审批，不能做是否重复提审的限制，但是会遇到重复提交的问题，比如连续多次点击提审按钮。这个问题只是重复提交的情况，和服务幂等的初衷是不同的。

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

幂等可以使得客户端逻辑处理变得简单，但是却以服务逻辑变得复杂为代价。满足幂等服务的需要在逻辑中至少包含两点：

1、首先去查询上一次的执行状态，如果没有则认为是第一次请求；  
2、在服务改变状态的业务逻辑前，保证防重复提交的逻辑；

**保证幂等策略**

幂等需要通过唯一的业务单号来保证。也就是说相同的业务单号，认为是同一笔业务。使用这个唯一的业务单号来确保，后面多次的相同的业务单号的处理逻辑和执行效果是一致的。  
下面以支付为例，在不考虑并发的情况下，实现幂等很简单：先查询一下订单是否已经支付过，如果已经支付过，则返回支付成功；如果没有支付，进行支付流程，修改订单状态为‘已支付’。

[实现幂等性的几种方案][Link 1]

举个例子：  
有一个订单系统，对外提供了一个处理接口，如果有个订单001是要扣除用户的100块钱，那么订单001被多次调用，也只会处理成功一次，也就是只会扣除用户100块。也可以理解为去除重复调用。

例如：

1.  前端重复提交选中的数据，应该后台只产生对应这个数据的一个反应结果。
2.  我们发起一笔付款请求，应该只扣用户账户一次钱，当遇到网络重发或系统bug重发，也应该只扣一次钱；
3.  发送消息，也应该只发一次，同样的短信发给用户，用户会崩溃；
4.  创建业务订单，一次业务请求只能创建一个，创建多个就会出大问题。

等等很多重要的情况，这些逻辑都需要幂等的特性来支持。

**实现幂等性的技术方案**

1.  查询操作

查询一次和查询多次，在数据不变的情况下，查询结果是一样的，select是天然的幂等操作。

1.  删除操作

删除操作也是幂等的，删除一次和多次删除都是把数据删除。(注意可能返回结果不一样，删除的数据不存在，返回0，删除的数据多条，返回结果多个)。

3.唯一索引，防止新增脏数据

比如：支付宝的资金账户，支付宝也有用户账户，每个用户只能有一个资金账户，怎么防止给用户创建资金账户多个，那么给资金账户表中的用户ID加唯一索引，所以一个用户新增成功一个资金账户记录。

要点：唯一索引或唯一组合索引来防止新增数据存在脏数据 （当表存在唯一索引，并发时新增报错时，再查询一次就可以了，数据应该已经存在了，返回结果即可）。

1.  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：

1.  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
2.  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

注意：redis要用删除操作来判断token，删除成功代表token校验通过，如果用select+delete来校验token，存在并发问题，不建议使用

1.  悲观锁

获取数据的时候加锁获取

select \* from table\_xxx where id=‘xxx’ for update;  
注意：id字段一定是主键或者唯一索引，不然是锁表，会出事的。

悲观锁使用时一般伴随事务一起使用，数据锁定时间可能会很长，根据实际情况选用

1.  乐观锁

乐观锁只是在更新数据那一刻锁表，其他时间不锁表，所以相对于悲观锁，效率更高。乐观锁的实现方式多种多样可以通过version或者其他状态条件：

*  通过版本号实现

update table\_xxx set name=\#name\#,version=version+1 where version=\#version\#

*  通过条件限制

update table\_xxx set avai\_amount=avai\_amount-\#subAmount\# where avai\_amount-\#subAmount\# >= 0  
要求：quality-\#subQuality\# >= ，这个情景适合不用版本号，只更新是做数据安全校验，适合库存模型，扣份额和回滚份额，性能更高。

注意：乐观锁的更新操作，最好用主键或者唯一索引来更新,这样是行锁，否则更新时会锁表，上面两个sql改成下面的两个更好。

update table\_xxx set name=\#name\#,version=version+1 where id=\#id\# and version=\#version\#  
update table\_xxx set avai\_amount=avai\_amount-\#subAmount\# where id=\#id\# and avai\_amount-\#subAmount\# >= 0

1.  分布式锁

还是拿插入数据的例子，如果是分布是系统，构建全局唯一索引比较困难，例如唯一性的字段没法确定，这时候可以引入分布式锁，通过第三方的系统(redis或zookeeper)，在业务系统插入数据或者更新数据，获取分布式锁，然后做操作，之后释放锁，这样其实是把多线程并发的锁的思路，引入多多个系统，也就是分布式系统中得解决思路。

要点：某个长流程处理过程要求不能并发执行，可以在流程执行之前根据某个标志(用户ID+后缀等)获取分布式锁，其他流程执行时获取锁就会失败，也就是同一时间该流程只能有一个能执行成功，执行完成后，释放分布式锁(分布式锁要第三方系统提供)。

1.  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。

1.  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(状态变更图)，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。

注意：订单等单据类业务，存在很长的状态流转，一定要深刻理解状态机，对业务系统设计能力提高有很大帮助。

1.  对外提供接口的api如何保证幂等

如银联提供的付款接口：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)。

重点：

对外提供接口为了支持幂等调用，接口有两个字段必须传，一个是来源source，一个是来源方序列号seq，这个两个字段在提供方系统里面做联合唯一索引，这样当第三方调用时，先在本方系统里面查询一下，是否已经处理过，返回相应处理结果；没有处理过，进行相应处理，返回结果。注意，为了幂等友好，一定要先查询一下，是否处理过该笔业务，不查询直接插入业务系统，会报错，但实际已经处理了。

最后总结：

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，尤其是在像第三方支付平台，银行，互联网金融公司等涉及的网上资金系统，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，并会大大降低用户体验。

[那么如何设计接口才能做到幂等呢？][Link 2]

方法一、单次支付请求，也就是直接支付了，不需要额外的数据库操作了，这个时候发起异步请求创建一个唯一的ticketId，就是门票，这张门票只能使用一次就作废，具体步骤如下：

1、异步请求获取门票  
2、调用支付，传入门票  
3、根据门票ID查询此次操作是否存在，如果存在则表示该操作已经执行过，直接返回结果；如果不存在，支付扣款，保存结果  
4、返回结果到客户端

如果步骤4通信失败，用户再次发起请求，那么最终结果还是一样的

方法二、分布式环境下各个服务相互调用

这边就要举例我们的系统了，我们支付的时候先要扣款，然后更新订单，这个地方就涉及到了订单服务以及支付服务了。用户调用支付，扣款成功后，更新对应订单状态，然后再保存流水。而在这个地方就没必要使用门票ticketId了，因为会比较闲的麻烦

（支付状态：未支付，已支付）

步骤：

1、查询订单支付状态  
2、如果已经支付，直接返回结果  
3、如果未支付，则支付扣款并且保存流水  
4、返回支付结果

如果步骤4通信失败，用户再次发起请求，那么最终结果还是一样的。