深入理解幂等性及Restful风格API的幂等性问题详解

什么是幂等性

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，其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。
这里需要关注几个重点：
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。

什么情况下需要幂等性

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。

幂等与防重的辨别

上面例子中小明遇到的问题，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。

什么情况下需要保证幂等性

以SQL为例，有下面三种场景，只有第三种场景需要开发人员使用其他策略保证幂等性：

SELECT col1 FROM tab1 WHER col2=2，无论执行多少次都不会改变状态，是天然的幂等。

UPDATE tab1 SET col1=1 WHERE col2=2，无论执行成功多少次状态都是一致的，因此也是幂等操作。

UPDATE tab1 SET col1=col1+1 WHERE col2=2，每次执行的结果都会发生变化，这种不是幂等的。

为什么要设计幂等性的服务

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：

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

在服务改变状态的业务逻辑前，保证防重复提交的逻辑

幂等的不足

幂等是为了简化客户端逻辑处理，却增加了服务提供者的逻辑和成本，是否有必要，需要根据具体场景具体分析，因此除了业务上的特殊要求外，尽量不提供幂等的接口。

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。

保证幂等的策略

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：①先查询一下订单是否已经支付过，②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’。

防止重复提交的策略

上述的保证幂等方案是分成两步的，第②步依赖第①步的查询结果，无法保证原子性的。在高并发下就会出现下面的情况：第二次请求在第一次请求第②步订单状态还没有修改为‘已支付状态’的情况下到来。既然得出了这个结论，余下的问题也就变得简单：把查询和变更状态操作加锁，将并行操作改为串行操作。

乐观锁

如果只是更新已有的数据，没有必要对业务进行加锁，设计表结构时使用乐观锁，一般通过version来做乐观锁，这样既能保证执行效率，又能保证幂等。例如： UPDATE tab1 SET col1=1,version=version+1 WHERE version=#version# 不过，乐观锁存在失效的情况，就是常说的ABA问题，不过如果version版本一直是自增的就不会出现ABA的情况。如果version的版本不是自增的， 我们可以加一个时间戳，保证时间戳字段不会被更新，验证时间戳的一致性即可。可以这样想。假设我们有两个线程，第一个线程取到了version，第二个线程也取到了version。然后第一个线程更新的同时对version进行增加操作，这样第二个线程即使执行了update，也不会操作到，因为version已经改变了。

防重表

使用订单号orderNo做为去重表的唯一索引，每次请求都根据订单号向去重表中插入一条数据。第一次请求查询订单支付状态，当然订单没有支付，进行支付操作，无论成功与否，执行完后更新订单状态为成功或失败，删除去重表中的数据。后续的订单因为表中唯一索引而插入失败，则返回操作失败，直到第一次的请求完成（成功或失败）。可以看出防重表作用是加锁的功能。
通过唯一索引的方式，进行，当相同的数据，往唯一的索引表插入的时候，就会报错。
例子：
创建一个测试表

CREATE TABLE `test03` (
`id` INT(11) ,
`uid` INT(11) DEFAULT NULL);

创建唯一索引

ALTER IGNORE TABLE test03 ADD UNIQUE INDEX  id_uid(id,uid);

再次插入数据，发现相同的数据不能插入

INSERT INTO test03(id,uid) VALUES (1,1),(1,2),(1,1),(1,2),(1,1);

这种方式其实和下方的redis方式形式上差不多，而且下方的方式更快。

分布式锁

这里使用的防重表可以使用分布式锁代替，比如Redis。订单发起支付请求，支付系统会去Redis缓存中查询是否存在该订单号的Key，如果不存在，则向Redis增加Key为订单号。查询订单支付已经支付，如果没有则进行支付，支付完成后删除该订单号的Key。通过Redis做到了分布式锁，只有这次订单订单支付请求完成，下次请求才能进来。相比去重表，将放并发做到了缓存中，较为高效。思路相同，同一时间只能完成一次支付请求。

token令牌

这种方式分成两个阶段：申请token阶段和支付阶段。 第一阶段，在进入到提交订单页面之前，需要订单系统根据用户信息向支付系统发起一次申请token的请求，支付系统将token保存到Redis缓存中，为第二阶段支付使用。 第二阶段，订单系统拿着申请到的token发起支付请求，支付系统会检查Redis中是否存在该token，如果存在，表示第一次发起支付请求，删除缓存中token后开始支付逻辑处理；如果缓存中不存在，表示非法请求。 实际上这里的token是一个信物，支付系统根据token确认，你是你妈的孩子。不足是需要系统间交互两次，流程较上述方法复杂。

支付缓冲区

把订单的支付请求都快速地接下来，一个快速接单的缓冲管道。后续使用异步任务处理管道中的数据，过滤掉重复的待支付订单。优点是同步转异步，高吞吐。不足是不能及时地返回支付结果，需要后续监听支付结果的异步返回。

RestfulApi幂等性详解

我们要注意幂等是面向资源的。这个 HTTP GET 方法可能会每次得到不同的返回内容，但并不影响资源。

GET方法

HTTP GET 方法，用于获取资源，不管调用多少次接口，结果都不会改变，所以是幂等的。只是查询数据，不会影响到资源的变化，因此我们认为它幂等。

POST方法

HTTP POST 方法是一个非幂等方法，因为调用多次，都将产生新的资源。因为它会对资源本身产生影响，每次调用都会有新的资源产生，因此不满足幂等性。

PUT方法

因为它直接把实体部分的数据替换到服务器的资源，我们多次调用它，只会产生一次影响，但是有相同结果的 HTTP 方法，所以满足幂等性。

Delete方法

HTTP DELETE 方法用于删除资源，会将资源删除。调用一次和多次对资源产生影响是相同的，所以也满足幂等性。
所以对于restful来说，只有post是不满足的。