分析解決冪等（性）的方法

本文主要從研發(fā)人員的角度，結(jié)合研發(fā)人員日常常見(jiàn)的各類業(yè)務(wù)場(chǎng)景，從經(jīng)典系統(tǒng)框架的每一層入手分析冪等處理的時(shí)機(jī)。希望通過(guò)這篇文章的分析，讓開(kāi)發(fā)者在日常開(kāi)發(fā)中對(duì)冪等的處理不再陌生。抓住導(dǎo)致請(qǐng)求、接口不冪等的本質(zhì)，在工作中避免再陷入這個(gè)陷阱中。

冪等、冪等性這詞，作為一個(gè)研發(fā)人員是再熟悉不過(guò)的，那是否有深入思考過(guò)冪等產(chǎn)生的背景、為什么需要冪等，如何做才是冪等的？今天將結(jié)合業(yè)務(wù)場(chǎng)景及請(qǐng)求的過(guò)程來(lái)分析解決冪等（性）的方法。

01 概念

冪等這個(gè)概念，是一個(gè)數(shù)學(xué)上的概念，即：f……(f(f(x))) = f(x)。用在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，指的是系統(tǒng)里的接口或方法對(duì)外的一種承諾，使用相同參數(shù)對(duì)同一資源重復(fù)調(diào)用某個(gè)接口或方法的結(jié)果與調(diào)用一次的結(jié)果相同。

02 業(yè)務(wù)場(chǎng)景

從業(yè)務(wù)場(chǎng)景上來(lái)說(shuō)，如：現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)電商的下單服務(wù)，同一個(gè)用戶在短時(shí)間內(nèi)調(diào)用某一個(gè)下單服務(wù)，只能下單成功一次；銀行賬戶之間的轉(zhuǎn)賬，A賬戶給B賬戶轉(zhuǎn)賬，無(wú)論系統(tǒng)出現(xiàn)什么問(wèn)題或故障，也只能轉(zhuǎn)賬成功一次；前端頁(yè)面對(duì)相同表單的內(nèi)容多次向后端發(fā)起提交請(qǐng)求，后端只能給出一個(gè)相同的結(jié)果等都屬于冪等的范疇。

試想一下，如果提供的這些服務(wù)不是冪等的，客戶在下單時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或是連續(xù)點(diǎn)了幾次下單按鈕，實(shí)際客戶只下了一單，結(jié)果系統(tǒng)里給客戶生成了多單，那平臺(tái)/商家將是無(wú)法承受的，如果被“羊毛黨”盯上，損失是無(wú)可估量的；銀行之間的轉(zhuǎn)賬，A賬戶本來(lái)實(shí)際給B賬戶只轉(zhuǎn)了一百萬(wàn)，結(jié)果B賬戶收到了幾百萬(wàn)，這在業(yè)務(wù)上是不可接受的。分析這些業(yè)務(wù)場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)者發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是下單服務(wù)、轉(zhuǎn)賬服務(wù)還是表單提交都是一個(gè)個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求，提供這些業(yè)務(wù)服務(wù)的接口或方法都應(yīng)該保證無(wú)論服務(wù)是超時(shí)、重試或有故障等異常情況，都要滿足業(yè)務(wù)上的處理結(jié)果是正確的。業(yè)務(wù)上的一次或多次請(qǐng)求，最終的處理結(jié)果是一致的，即：在一定時(shí)間內(nèi)，服務(wù)的冪等其實(shí)就是請(qǐng)求的冪等。

03 架構(gòu)分析

從系統(tǒng)架構(gòu)上進(jìn)行分析，冪等該在哪一層去做，怎么做？

圖1 經(jīng)典系統(tǒng)框架圖

上圖為一個(gè)最常見(jiàn)的經(jīng)典系統(tǒng)框架圖，Web端發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求到后端，冪等該在哪一層來(lái)處理呢？不妨一層一層的分析。

Nginx是否需要做冪等，Nginx的主要功能是做Web服務(wù)器、反向代理、負(fù)載均衡等，把請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到后端的服務(wù)器上，本身不參與具體的業(yè)務(wù)，所以Nginx是不需要做冪等處理的；Gateway是負(fù)責(zé)權(quán)限校驗(yàn)、安全防御、認(rèn)證鑒權(quán)、流量控制、協(xié)議轉(zhuǎn)換、日志審計(jì)、監(jiān)控等，本身也不含對(duì)任何業(yè)務(wù)的處理，所以其也不需要做冪等處理；Service層通常是對(duì)業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行處理、編排，可能會(huì)改變數(shù)據(jù)，但對(duì)于數(shù)據(jù)的改變結(jié)果，最終也還是需要通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)，所以Service層也不需要做數(shù)據(jù)冪等；DAO層主要是和數(shù)據(jù)庫(kù)交互，把Service層的結(jié)果寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)Service層提供讀取、寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。

在寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，針對(duì)每一次的寫(xiě)入，可能返回不同的結(jié)果，此時(shí)就需要按場(chǎng)景進(jìn)行具體的分析對(duì)待；DataBase層，主要提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并不參與具體的業(yè)務(wù)邏輯計(jì)算。所以，通過(guò)對(duì)該架構(gòu)的每一層的功能分析，得出對(duì)于請(qǐng)求的冪等處理，需要在DAO層做處理，以便保證多次請(qǐng)求和一次請(qǐng)求的結(jié)果是一致的。

04 數(shù)據(jù)庫(kù)操作分析

通過(guò)上面的分析，得出冪等需要在DAO層來(lái)處理，再進(jìn)一步分析，得出DAO層的操作主要就是CRUD。下面逐一對(duì)每一種操作分析是否需要做冪等，以及怎么做。

R（read）：對(duì)應(yīng)的操作SQL語(yǔ)句為select。只要查詢條件不變，在一定的時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行一次和執(zhí)行多次返回的結(jié)果肯定是相同的，所以其本身是冪等的，不需要再做處理。

select * from user where id = 1;

C（create）：對(duì)應(yīng)的操作SQL語(yǔ)句為insert。此時(shí)，需要分情況，如果用到的數(shù)據(jù)庫(kù)主鍵為數(shù)據(jù)庫(kù)自增，不考慮業(yè)務(wù)主鍵防重的情況下，每一次寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)就不是冪等的，所以為了保證冪等，需要在數(shù)據(jù)insert前做業(yè)務(wù)防重或是在數(shù)據(jù)庫(kù)表上對(duì)業(yè)務(wù)主鍵加唯一索引。

如果數(shù)據(jù)庫(kù)主鍵不是自增，是由業(yè)務(wù)系統(tǒng)寫(xiě)入的，需要在業(yè)務(wù)系統(tǒng)里把數(shù)據(jù)庫(kù)主鍵和業(yè)務(wù)主鍵做一對(duì)一映射，或是由獨(dú)立服務(wù)提供數(shù)據(jù)庫(kù)主鍵和業(yè)務(wù)主鍵的映射關(guān)系，保證多次請(qǐng)求獲取到的數(shù)據(jù)庫(kù)主鍵和業(yè)務(wù)主鍵是一致的，確保寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)操作是冪等的。綜合來(lái)說(shuō)，就是相同的數(shù)據(jù)多次寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)后，能否保證只有一條數(shù)據(jù)。

insert into user (id,age,sex,ts) values(1,10,‘male’,2021-07-20 10:22:23);

U（update）：對(duì)應(yīng)的操作SQL語(yǔ)句為update。更新操作時(shí)，一定是要用絕對(duì)值進(jìn)行更新操作，而不要用相對(duì)值進(jìn)行更新，相對(duì)值更新可能導(dǎo)致更新操作不冪等。

冪等：

update user set age = 10 where id = 1;

非冪等：

update user set age++ where id = 1;

D（delete）：對(duì)應(yīng)的操作SQL語(yǔ)句為delete。刪除操作時(shí)，如果刪除的是一個(gè)范圍，生產(chǎn)上最好是禁止該類操作；比較推薦的做法是把按范圍操作刪除轉(zhuǎn)換為先按范圍查詢，再按查詢的主鍵進(jìn)行刪除。而且按范圍刪除的操作不是冪等的。

冪等：

delete from user where id = 1;

非冪等：該類操作要禁止。

deletefromuserwhereidin（selectidfromuserorderbyiddesclimit10);

05 常見(jiàn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景

保證冪等的實(shí)現(xiàn)方式有多種，此處例舉幾類常見(jiàn)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行選用。

1. 前端頁(yè)面提交時(shí)，頁(yè)面token機(jī)制。

進(jìn)入頁(yè)面時(shí)，從服務(wù)器獲取token，在服務(wù)器端把token進(jìn)行存儲(chǔ)，提交時(shí)把token帶到服務(wù)器端進(jìn)行驗(yàn)證；常見(jiàn)的處理流程如下：

圖2 頁(yè)面token機(jī)制處理流程

樂(lè)觀鎖機(jī)制，使用數(shù)據(jù)庫(kù)的版本號(hào)實(shí)現(xiàn)樂(lè)觀鎖，數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)，判斷版本號(hào)是否與查詢時(shí)保持一致，一致更新成功，否則更新失??；

select+insert，數(shù)據(jù)寫(xiě)入前，先查詢數(shù)據(jù)是否存在，存在直接返回，不存在則寫(xiě)入數(shù)據(jù)，保證寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)正確性；常用于并發(fā)不高的一些后臺(tái)系統(tǒng)或是防止任務(wù)的重復(fù)執(zhí)行；

悲觀鎖機(jī)制，一般id為主鍵或唯一索引，僅鎖定當(dāng)前記錄；

select*fromtablewhere id='1234'forupdate;

去重表，每一次寫(xiě)入或更新業(yè)務(wù)表時(shí)，先查詢?nèi)ブ乇硎欠褚呀?jīng)存在記錄，再操作業(yè)務(wù)表。

數(shù)據(jù)庫(kù)唯一索引，為業(yè)務(wù)表建立唯一索引，避免業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)多次寫(xiě)入；

狀態(tài)機(jī)，業(yè)務(wù)狀態(tài)在變更之前是有條件的，必須按設(shè)定的狀態(tài)條件進(jìn)行更新；

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，保證提供的接口或服務(wù)的冪等（性），是一個(gè)最基本的技術(shù)要求，希望通過(guò)該分析，能對(duì)還未理解冪等（性）的研發(fā)人員有所幫助。

審核編輯：劉清