一、冪等性概念
在數學里,冪等有兩種主要的定義。
1、在某二元運算下,冪等元素是指被自己重復運算(或對于函數是為復合)的結果等于它自己的元素。例如,乘法下唯一兩個冪等實數為0和1。
2、某一元運算為冪等的時,其作用在任一元素兩次后會和其作用一次的結果相同。例如,高斯符號便是冪等的。
3、一元運算的定義是二元運算定義的特例(詳情請見下面)。
二、分布式系統中冪等性概念
就是用戶對于同一操作發起的一次請求或者多次請求的結果是一致的,不會因為多次點擊而產生了副作用。
在編程中,一個冪等操作的特點是其任意多次操作所產生的影響與一次執行的影響相同。冪等函數或者冪等方法是指相同參數可以重復執行并獲得相同結果的函數。
這些函數不會影響系統狀態,也不用擔心重復執行對系統狀態造成影響。例如:getPolicyNo()就是一個冪等函數。更復雜的冪等操作是利用唯一交易號(流水號)或者主鍵來實現。
三、冪等場景
- 查詢操作:查詢一次或者查詢多次,在數據不變的前提下,返回結構都是一樣的。查詢操作具有天然的冪等性。
- 刪除操作: 刪除操作也是冪等的,刪除一次和多次最終的實現結構相同,只是返回有差異。(第一次返回影響行數1,后續操作操作返回影響行數0)
- 唯一索引:防止新增臟數據,例如,支付寶的資金賬號和用戶賬號,每個用戶只能有一個資金賬號,怎么防止給用戶創建了多個賬號呢?可以考慮給資金賬號表中的用戶Id創建唯一索引,所以對應一個用戶 只能有一個資金賬號。該設計下出現的問題就是,高并發下出現新增報錯的情況,再查詢一次就已經存在了。這就設計到了類似秒殺系統的一種高并發設計問題了,可關注該系列文章。
- token機制,防止頁面重復提交。原理上,通過session token實現的,當客戶端請求時,服務器會隨機生成一個token,并且將Token發給客戶端,下次客戶端請求時token會隨著表單一起提交到服務器。服務器第一次驗證通過后,會隨即更改token數值這樣若用戶重復提交,第二次的驗證就會失敗,即服務端Token數值已經改變,但用戶提交表單中的token數值并未改變。
- 悲觀鎖,獲取數據的時候加鎖獲取。select * from table_xxx where id='xxx' for update; 注意:id字段一定是主鍵或者唯一索引,不然是鎖表,會死人的;悲觀鎖使用時一般伴隨事務一起使用,數據鎖定時間可能會很長,根據實際情況選用.
6、樂觀鎖
樂觀鎖只是更新的時候同時帶上 更新條件,其他時間不鎖表,可以通過 version 或者其他狀態條件。
7、分布式鎖
如果分布式系統,構建全局唯一索引比較困難,唯一性字段沒法確認,這個時候就需要引入第三方協調系統,比如 redis 、zookeeper 來實現全局鎖功能。獲取分布式鎖然后做操作,之后釋放鎖,這其實就是多線程并發的思路。
8、select + insert
并發不高的后臺系統,或者一些任務JOB,為了支持冪等,支持重復執行,簡單的處理方法是,先查詢下一些關鍵數據,判斷是否已經執行過,在進行業務處理,就可以了。注意:核心高并發流程不要用這種方法;
9、狀態機冪等
在設計單據相關的業務,或者是任務相關的業務,肯定會涉及到狀態機(狀態變更圖),就是業務單據上面有個狀態,狀態在不同的情況下會發生變更,一般情況下存在有限狀態機,這時候,如果狀態機已經處于下一個狀態,這時候來了一個上一個狀態的變更,理論上是不能夠變更的,這樣的話,保證了有限狀態機的冪等。注意:訂單等單據類業務,存在很長的狀態流轉,一定要深刻理解狀態機,對業務系統設計能力提高有很大幫助
10、對外提供接口的api如何保證冪等
如銀聯提供的付款接口:需要接入商戶提交付款請求時附帶:source來源,seq序列號;source+seq在數據庫里面做唯一索引,防止多次付款(并發時,只能處理一個請求) 。 重點:對外提供接口為了支持冪等調用,接口有兩個字段必須傳,一個是來源source,一個是來源方序列號seq,這個兩個字段在提供方系統里面做聯合唯一索引,這樣當第三方調用時,先在本方系統里面查詢一下,是否已經處理過,返回相應處理結果;沒有處理過,進行相應處理,返回結果。注意,為了冪等友好,一定要先查詢一下,是否處理過該筆業務,不查詢直接插入業務系統,會報錯,但實際已經處理了。
四、總結
冪等與你是不是分布式高并發還有JAVAEE都沒有關系。關鍵是你的操作是不是冪等的。一個冪等的操作典型如:把編號為5的記錄的A字段設置為0這種操作不管執行多少次都是冪等的。一個非冪等的操作典型如:把編號為5的記錄的A字段增加1這種操作顯然就不是冪等的。要做到冪等性,從接口設計上來說不設計任何非冪等的操作即可。譬如說需求是:當用戶點擊贊同時,將答案的贊同數量+1。改為:當用戶點擊贊同時,確保答案贊同表中存在一條記錄,用戶、答案。贊同數量由答案贊同表統計出來。總之冪等性應該是合格程序員的一個基因,在設計系統時,是首要考慮的問題,尤其是在像支付寶,銀行,互聯網金融公司等涉及的都是錢的系統,既要高效,數據也要準確,所以不能出現多扣款,多打款等問題,這樣會很難處理,用戶體驗也不好。