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在软件开发领域，接口幂等性是一个重要的概念，它涉及到在并发和网络通信中如何确保系统的稳定性和数据的一致性。本文将介绍什么是接口幂等性，为什么会产生接口幂等性问题，以及如何通过12种方法来保证接口的幂等性。
1. 什么是接口幂等性？
接口幂等性是指无论对同一个接口进行多少次相同的操作，其最终结果都保持一致。换句话说，就是多次请求同一个接口，不会因为重复请求而导致数据或状态的异常变化。幂等性在分布式系统和网络通信中尤为重要，因为并发请求可能会引发数据冲突和不一致的问题。
比如下面这些情况，如果没有实现接口幂等性会有很严重的后果：支付接口，重复支付会导致多次扣钱 ；订单接口，同一个订单可能会多次创建。
2. 为什么会产生接口幂等性问题？
接口幂等性问题主要是由于网络延迟、重试机制、并发请求等因素造成的。当一个请求因为某些原因未能及时响应，客户端可能会发起重试，导致多次相同的请求同时到达服务器，从而引发数据的重复操作或异常。
- 网络波动, 可能会引起重复请求
- 用户重复操作,用户在操作时候可能会无意触发多次下单交易,甚至没有响应而有意触发多次交易应用
- 使用了失效或超时重试机制(Nginx重试、RPC重试或业务层重试等)
- 页面重复刷新
- 使用浏览器后退按钮重复之前的操作,导致重复提交表单
- 使用浏览器历史记录重复提交表单
- 浏览器重复的HTTP请求
- 定时任务重复执行
- 用户双击提交按钮
3. 如何保证接口幂等性？
解决办法分为两个方向，一个方向是客户端防止重复调用，一个是服务端进行校验。当然，客户端防止重复提交并不是绝对可靠的，优点是实现起来比较简单。
1. 按钮只可操作一次
在前端界面中，可以通过禁用按钮来防止用户多次提交相同的请求。一旦请求发送，按钮将被禁用，直到服务器响应返回。
2. Token机制
通过为每个请求生成唯一的令牌，即使功能上允许重复提交，但在服务器端验证令牌的有效性，确保同一个请求不会被处理多次。
3. 使用Post/Redirect/Get模式(PRG)模式
在表单提交后，采用重定向方式返回结果页面，从而阻止用户通过刷新页面来重复提交表单。
4. 在Session存放特殊标志
将请求的唯一标识存放在用户的会话中，服务器根据会话中的标识判断是否已经处理过该请求。
在服务器端，创建一个独特的标识符，并将其存储在会话中。同时，前端可以检索这个标识符的值，并将其填充到表单的隐藏字段中。这个隐藏字段将用于在用户输入信息后，当用户点击提交时一并发送到服务器。
在服务器端，你可以获取表单中隐藏字段的值，然后将其与会话中存储的唯一标识符进行比较。如果它们相等，这表明这是用户首次提交，你可以处理该请求。接着，移除会话中的唯一标识符，以防止后续重复提交。
如果隐藏字段的值与会话中的唯一标识符不相等，那么说明这是一个重复提交，你可以选择不再进行进一步处理。
5. 使用唯一索引防止新增脏数据
在数据库中使用唯一索引，防止重复的数据插入，从而保证新增操作的幂等性。
6. 乐观锁
在并发修改数据的场景中，使用乐观锁来确保同一资源在不同请求之间的一致性。
在更新已存在的数据时，有两种常见的方法可以处理并发性：加锁更新和基于乐观锁的表结构设计。
乐观锁以版本号（version）为核心，确保操作的高效性和幂等性。
具体做法是，在业务数据更新过程中，使用版本号自增的方式实现乐观锁，例如执行 SQL 语句 “update table set version = version + 1 where id = #{id} and version = #{version}”。
以下是一个示例情景：
当出现重复请求时，第一个请求会获取当前商品的版本号，假设版本号为1。由于第一个请求还未更新商品的版本号，第二个请求获取的版本号仍为1。在此情况下，第一个请求在更新时将版本号作为条件，并自增执行更新操作，这将导致商品的版本号变为2。当第二个请求尝试更新时，由于版本号不再一致，操作将被拒绝，从而有效地避免了并发更新冲突的问题。这种策略不仅确保了数据的准确性和一致性，还优化了执行效率，使系统能够更好地处理并发请求。
7. Select + Insert or Update or Delete
通过在数据库中先查询数据是否存在，再决定执行插入、更新或删除操作，避免重复操作。
这一方法的核心在于在执行操作之前首先进行一次查询，确保条件符合后再执行插入操作。这个解决方案在非并发的系统中能够有效地应对幂等性问题。在单一JVM（Java虚拟机）内部存在并发的情况下，可以借助JVM级别的锁来保证操作的幂等性。然而，在分布式环境中，该方法无法保障幂等性，因此需要借助分布式技术来实现。
对于单一JVM环境，可以使用JVM级别的锁来确保操作的幂等性。通过在操作前获取锁，可以防止多个线程同时执行操作，从而避免重复插入的问题。然而，在分布式系统中，由于涉及多个节点和多个进程，简单的JVM锁机制无法保证幂等性。
在分布式环境中，可以采用分布式锁、分布式事务等分布式技术来保证幂等性。分布式锁可以确保在多个节点上的并发操作不会造成数据不一致或重复插入的情况。分布式事务则可以在多个操作之间维护一致性，从而避免重复插入和其他数据问题。
8. 分布式锁
在分布式环境中，通过分布式锁来控制同一资源的并发访问，防止重复处理请求。
对于分布式系统中的情况，当构建全局唯一索引变得困难，例如无法确定唯一性字段时，可以通过引入分布式锁来实现控制。这可以借助第三方系统，例如Redis或ZooKeeper，在业务系统插入或更新数据时获取分布式锁，执行操作后再释放锁。下面是关键要点：
- 确定锁的范围： 在某个长流程的处理过程中，要求不能并发执行。你可以基于某个标志，如用户ID加上一个后缀，来确定分布式锁的范围。这样可以确保同一时间内只有一个流程能够成功获取锁并执行。
- 获取分布式锁： 在流程开始之前，根据上述标志获取分布式锁。其他流程在尝试获取锁时会失败，从而保证在同一时间内只有一个流程能够进入执行状态。
- 执行操作： 获取了分布式锁的流程可以执行其长流程处理过程。这样可以确保在同一时刻只有一个流程在执行，避免了并发问题。
- 释放分布式锁： 在流程执行完成后，一定要释放分布式锁。这将允许其他等待获取锁的流程能够继续执行。
通过使用分布式锁，你能够在分布式系统中实现类似于单线程的操作，保证流程的顺序性和幂等性。这在一些复杂场景下能够有效地维护数据的一致性和正确性。
9. 状态机幂等
将接口的处理过程设计为有限状态机，确保在同一状态下多次请求不会引发重复操作。
在构建业务流程，尤其是涉及单据相关任务的场景中，通常会引入状态机（或称状态变更图）的概念。状态机表示了业务单据或任务的状态，在不同情境下可以发生变化。常见的做法是采用有限状态机，其中各个状态之间有明确的过渡路径。通过将状态机的设计与业务单据紧密结合，可以确保幂等性。
在这个模型中，当状态机已经处于某个特定状态时，如果收到了一个与之不一致的状态变更请求，按理来说是不应该允许变更的。这就保障了有限状态机的幂等性。
特别需要注意的是，对于像订单等单据类业务，其中的状态流转路径可能会非常复杂和长。因此，深刻理解状态机的概念对于设计业务系统非常重要。通过清晰地定义状态以及状态之间的转换规则，可以确保业务流程的正确性、稳定性和幂等性。这种理解能力的提高对于优化业务系统设计具有显著的帮助。
10. 防重表
使用一个专门的表记录已处理的请求，通过唯一标识来防止重复处理。
以支付场景为例，可以使用唯一主键来构建防重表的唯一索引，以订单号为例。每次请求都会向防重表插入一条数据，如果插入成功，则可以处理后续的业务。在业务逻辑处理完毕后，会删除防重表中的订单号数据。如果后续有重复的请求，由于唯一索引的原因，插入操作会失败，从而直接返回操作失败，这一过程与加锁的效果类似。值得注意的是，最好结合状态机和幂等性判断，以进一步保证系统的稳定性和正确性。
11. 缓冲队列
将请求放入缓冲队列，由队列的特性来确保请求的幂等性。
在这一策略中，你将收到的请求迅速放入缓冲队列中，然后通过异步任务来处理队列中的数据。这种方式的优势在于将同步处理转变为异步处理，从而实现更高的吞吐量。然而，这样做的不足之处在于无法立即返回请求的结果，需要后续的轮询才能获得处理结果。
通过异步处理，你能够更好地分散处理负载，提高系统的并发性和吞吐量。通过将请求放入缓冲队列，你可以避免因短时间内大量请求导致系统崩溃或性能下降。此外，通过在后台处理队列中过滤重复的请求，你还能够增加系统的稳定性和数据的一致性。
然而，这种方法也有缺点，即不能实时地返回请求的处理结果。由于请求会在队列中等待异步处理，客户端可能需要轮询或者等待一段时间才能获得最终的结果。这可能会降低用户体验，特别是对于需要即时反馈的应用场景。
12. 全局唯一号
为每个请求生成全局唯一的标识，从而避免重复操作。
举例来说，你可以通过将请求的来源（source）与唯一序列号（unique sequence number）传递给后端来解决并发重复请求的问题。后端通过这两个信息来判断请求是否重复。在并发情况下，系统只会处理一个请求，而其他相同的并发请求要么会返回“请求重复”的响应，要么会等待前面的请求执行完成后再执行。
这种方式的好处在于，你能够有效地防止并发重复请求造成的问题。通过将来源和唯一序列号结合起来，你可以唯一地标识每个请求。在处理请求时，后端可以根据这些标识来判断请求的唯一性，从而避免重复执行相同的操作。
然而，需要注意的是，在这个方案中，并发请求在竞争处理资源时可能会有一些等待时间，特别是在处理第一个请求的时候。这可能会导致部分请求的响应时间相对较长。因此，在选择这种方案时，需要权衡系统的实时性和并发处理能力。
总结
通过以上方法的组合或选择，可以在不同的场景下保证接口的幂等性，从而提升系统的稳定性和数据的一致性。在实际开发中，开发人员需要根据具体情况选择合适的方法来解决接口幂等性问题，确保系统的正常运行和数据的准确性。
