【从零开始学习重要知识点 | 第一篇】快速了解什么是幂等性以及常见解决方案

前言：

当我们在设计和实现分布式系统时，幂等性 是一个非常重要的概念。幂等性可以简单地理解为：对于同一操作，不论执行多少次，产生的影响都是相同的。这个概念在分布式系统中非常重要，因为在这种环境下，由于网络延迟、消息重复等原因，可能会导致同一操作被执行多次。如果操作不具备幂等性，那么这些重复的操作可能会导致系统状态的不一致性、数据的错误或者其他问题。

因此，幂等性是分布式系统中必须要考虑的一个重要问题。在本文中，我们将深入探讨什么是幂等性，为什么它在分布式系统中如此重要，以及如何在设计和实现分布式系统时考虑幂等性。

什么是幂等性？

幂等性简单来讲：对于同一操作，不论执行多少次，产生的影响都是相同的。

换一种方式也可以描述为：

对于相同的输入，无论进行多少次重复操作，都应该保持其结果一致。

我们来举一个现实的例子：

当我们在用户网站进行注册的时候，当我们因为系统卡顿而多次点击注册按钮的时候，后端肯定不会在数据库生成多个一样的账号密码，而是只有一个账号密码

在这个场景中去解释幂等性：幂等性就是多次重复调用操作（因为卡顿多次点击注册），对结果只影响一次（最终只注册一个账号密码）

比方说：支付接口没有做幂等性导致重复扣款问题 。订单接口没有做幂等性导致的订单重复生成问题。

那么在这种情况下，重复订单的入库就是一个明显的bug。而在保证幂等性的情况下：

因此从后端来看：幂等性就是保证同一个接口在重复接收同一个请求的时候，需要保证效果的唯一性。

常见产生幂等性问题的场景：

网络波动引起的重复请求
使用了失效或者超时重试机制导致接口被重复调用
消息队列中间件的默认重试机制
页面重复刷新
用户重复点击提交按钮
使用浏览器后退按钮重复之前的操作，导致重复提交数据。

前端重复提交 ，消息重复消费 ，任务重复执行

常见的幂等解决方案：

1.token机制：

当用户发起请求之前，后端会生成一个键值对存储在redis中，键是当前请求用户的ip+参数，值是token。

当用户向后端发送请求的时候，需要携带token，我们在redis中判断是否存在token，如果存在就删除token并且执行操作，如果不存在token就说明当前已经有相同的请求被执行过。

我们还是用之前的订单接口来举例：

此时的token已经被删除，那么第二次：

我们通过携带token的方式，就保证了这种接口的幂等性。

token机制的缺陷：

复杂性和管理成本： 引入 Token 机制会增加系统的复杂性，包括生成、传输、校验和存储 Token 等环节，导致系统开发和维护的成本增加。
网络开销： 每次请求都需要携带 Token，并且服务端需要验证 Token 的有效性，这会增加网络开销和服务端的处理负担，降低系统的性能表现。
并发冲突： 在高并发场景下，可能会出现多个请求同时携带相同的 Token 并被同时处理的情况，导致操作重复执行或者数据不一致的问题。
安全性风险： 如果 Token 不够随机或唯一，可能会受到恶意攻击者的攻击，从而破坏系统的幂等性。此外，泄露 Token 也可能导致安全隐患。
存储压力： 如果大量 Token 需要被管理和存储，可能会给系统的存储带来一定的压力，尤其是在高并发场景下。

2.分布式锁：

其实就是基于redis去构造一个分布式锁。具体的构造方法的话，这里就不多介绍了，下面是我之前一篇文章的链接，详细的介绍了如何基于redis构造分布式锁。

【从零开始学习Redis | 第六篇】爆改Setnx实现分布式锁-CSDN博客https://liyuanxin.blog.csdn.net/article/details/134677169那么通过分布式锁来保证幂等性的逻辑也很简单：

我们把传入的参数和用户id 作为键值对来构造出一个键值对。每一次进来都要尝试构造键值对，如果构造成功，就执行业务逻辑代码，如果没有执行成功，就拒绝这次请求

第一次构造成功：

第二次构造失败：

其实就算使用redis中普通的set也是可以的 ，因为这个本质就是在利用redis中set创建k-v的唯一性。

之所以要用setnx，是要保证redis中不会因为构造分布式锁而留下大量的键值对，使用setnx在限定时间后，键值对就会过期被删除。

需要注意的是：我们这种简单的基于setnx构造的锁 ，会出现锁误删的问题，在我上面贴出来的文章中也详细介绍了锁误删的情况，大家如果想尝试用Redis来构造分布式锁的话，可以看一看。

这里提到了锁，很多朋友也会关联的想到synchronized，但是synchronized做的是代码块的同步，他会锁住代码块，导致程序并发性能的大大降低。关于这些点我在我上面贴的那篇文章里面也有讲。在这里再贴一下：

【从零开始学习Redis | 第六篇】爆改Setnx实现分布式锁-CSDN博客https://liyuanxin.blog.csdn.net/article/details/134677169

3.MySQL去重表：

就是在存入MySQL之前，先要检查一下是否有相同数据，如果有相同数据就拒绝插入。

总结：

总之，幂等性在分布式系统和接口设计中扮演着至关重要的角色。通过确保相同操作的重复执行不会产生额外的影响，幂等性能够提升系统的可靠性、稳定性和安全性。然而，实现幂等性并非易事，面临诸多挑战，包括并发冲突、性能开销、安全风险等问题。针对这些挑战，我们可以采取一系列策略和技术手段，例如使用 Token 机制、请求参数校验、消息队列处理等，来确保接口的幂等性。在实际应用中，需要综合考虑系统需求、性能表现和安全要求，选择合适的幂等性解决方案。最终，通过有效地实现幂等性，我们能够构建更加稳健、可靠的系统，为用户提供更好的体验和保障数据的一致性。

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