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                ??一站式輕松地調用各大LLM模型接口,支持GPT4、智譜、豆包、星火、月之暗面及文生圖、文生視頻 廣告
                冪等性問題是面試中常見的面試問題,也是分布式系統最常遇到的問題之一。在說冪等性之前,我們先來看一種情況,假如老王在某電商平臺進行購物,付款的時候不小心手抖了一下,連續點擊了兩次支付,但此時服務器沒做任何驗證,于是老王賬戶里面的錢被扣了兩次,這顯然對當事人造成了一定的經濟損失,并且還會讓用戶喪失對平臺的信任。而冪等性問題說的就是如何防止接口的重復無效請求。 我們本課時的面試題是,什么是冪等性?如何保證接口的冪等性? #### 典型回答 冪等性最早是數學里面的一個概念,后來被用于計算機領域,用于表示任意多次請求均與一次請求執行的結果相同,也就是說對于一個接口而言,無論調用了多少次,最終得到的結果都是一樣的。比如以下代碼: ``` public class IdempotentExample { // 變量 private static int count = 0; /** * 非冪等性方法 */ public static void addCount() { count++; } /** * 冪等性方法 */ public static void printCount() { System.out.println(count); } } ``` 對于變量 count 來說,如果重復調用 addCount() 方法的話,會一直累加 count 的值,因為 addCount() 方法就是非冪等性方法;而 printCount() 方法只是用來打印控制臺信息的。因此,它無論調用多少次結果都是一樣的,所以它是冪等性方法。 知道了冪等性的概念,那如何保證冪等性呢? 冪等性的實現方案通常分為以下幾類: * 前端攔截 * 使用數據庫實現冪等性 * 使用 JVM 鎖實現冪等性 * 使用分布式鎖實現冪等性 下面我們分別來看它們的具體實現過程。 * [ ] 1. 前端攔截 前端攔截是指通過 Web 站點的頁面進行請求攔截,比如在用戶點擊完“提交”按鈕后,我們可以把按鈕設置為不可用或者隱藏狀態,避免用戶重復點擊。 執行效果如下圖所示: ![](https://img.kancloud.cn/63/5b/635b60154048fd9e5a526c19649de04c_445x347.gif) 按鈕點擊效果圖 核心的實現代碼如下: ``` <script> function subCli(){ // 按鈕設置為不可用 document.getElementById("btn_sub").disabled="disabled"; document.getElementById("dv1").innerText = "按鈕被點擊了~"; } </script> <body style="margin-top: 100px;margin-left: 100px;"> <input id="btn_sub" type="button" value=" 提 交 " onclick="subCli()"> <div id="dv1" style="margin-top: 80px;"></div> </body> ``` 但前端攔截有一個致命的問題,如果是懂行的程序員或者黑客可以直接繞過頁面的 JS 執行,直接模擬請求后端的接口,這樣的話,我們前端的這些攔截就不能生效了。因此除了前端攔截一部分正常的誤操作之外,后端的驗證必不可少。 * [ ] 2. 數據庫實現 數據庫實現冪等性的方案有三個: * 通過悲觀鎖來實現冪等性 * 通過唯一索引來實現冪等性 * 通過樂觀鎖來實現冪等性 * [ ] 3. JVM 鎖實現 JVM 鎖實現是指通過 JVM 提供的內置鎖如 Lock 或者是 synchronized 來實現冪等性。使用 JVM 鎖來實現冪等性的一般流程為:首先通過 Lock 對代碼段進行加鎖操作,然后再判斷此訂單是否已經被處理過,如果未處理則開啟事務執行訂單處理,處理完成之后提交事務并釋放鎖,執行流程如下圖所示: ![](https://img.kancloud.cn/30/31/3031eeabd5f326b1847383d900604923_2254x328.png) JVM 鎖執行流程圖 JVM 鎖存在的最大問題在于,它只能應用于單機環境,因為 Lock 本身為單機鎖,所以它就不適應于分布式多機環境。 * [ ] 4. 分布式鎖實現 分布式鎖實現冪等性的邏輯是,在每次執行方法之前先判斷是否可以獲取到分布式鎖,如果可以,則表示為第一次執行方法,否則直接舍棄請求即可,執行流程如下圖所示: ![](https://img.kancloud.cn/56/aa/56aa2379418b0bf4232acdd9905aab3c_974x744.png) 分布式鎖執行流程圖 需要注意的是分布式鎖的 key 必須為業務的唯一標識,我們通常使用 Redis 或者 ZooKeeper 來實現分布式鎖;如果使用 Redis 的話,則用 set 命令來創建和獲取分布式鎖,執行示例如下: ``` 127.0.0.1:6379> set lock true ex 30 nx OK # 創建鎖成功 ``` 其中,ex 是用來設置超時時間的;而 nx 是 not exists 的意思,用來判斷鍵是否存在。如果返回的結果為“OK”,則表示創建鎖成功,否則表示重復請求,應該舍棄。更多關于 Reids 實現分布式的內容可以查看第 20 課時的內容。 考點分析 冪等性問題看似“高大上”其實說白了就是如何避免重復請求提交的問題,出于安全性的考慮,我們必須在前后端都進行冪等性驗證,同時冪等性問題在日常工作中又特別常見,解決的方案也有很多,但考慮到分布式系統情況,我們應該優先使用分布式鎖來實現。 和此知識點相關的面試題還有以下這些: * 冪等性需要注意什么問題? * 實現冪等性的關鍵步驟有哪些? * 說一說數據庫實現冪等性的執行細節? #### 知識擴展 * [ ] 1. 冪等性注意事項 冪等性的實現與判斷需要消耗一定的資源,因此不應該給每個接口都增加冪等性判斷,要根據實際的業務情況和操作類型來進行區分。例如,我們在進行查詢操作和刪除操作時就無須進行冪等性判斷。查詢操作查一次和查多次的結果都是一致的,因此我們無須進行冪等性判斷。刪除操作也是一樣,刪除一次和刪除多次都是把相關的數據進行刪除(這里的刪除指的是條件刪除而不是刪除所有數據),因此也無須進行冪等性判斷。 * [ ] 2. 冪等性的關鍵步驟 實現冪等性的關鍵步驟分為以下三個: 1. 每個請求操作必須有唯一的 ID,而這個 ID 就是用來表示此業務是否被執行過的關鍵憑證,例如,訂單支付業務的請求,就要使用訂單的 ID 作為冪等性驗證的 Key; 2. 每次執行業務之前必須要先判斷此業務是否已經被處理過; 3. 第一次業務處理完成之后,要把此業務處理的狀態進行保存,比如存儲到 Redis 中或者是數據庫中,這樣才能防止業務被重復處理。 * [ ] 3. 數據庫實現冪等性 使用數據庫實現冪等性的方法有三種: * 通過悲觀鎖來實現冪等性 * 通過唯一索引來實現冪等性 * 通過樂觀鎖來實現冪等性 接下來我們分別來看這些實現方式的具體執行過程。 * ① 悲觀鎖 使用悲觀鎖實現冪等性,一般是配合事務一起來實現,在沒有使用悲觀鎖時,我們通常的執行過程是這樣的,首先來判斷數據的狀態,執行 SQL 如下: ``` select status from table_name where id='xxx'; ``` 然后再進行添加操作: ``` insert into table_name (id) values ('xxx'); ``` 最后再進行狀態的修改: ``` update table_name set status='xxx'; ``` 但這種情況因為是非原子操作,所以在高并發環境下可能會造成一個業務被執行兩次的問題,當一個程序在執行中時,而另一個程序也開始狀態判斷的操作。因為第一個程序還未來得及更改狀態,所以第二個程序也能執行成功,這就導致一個業務被執行了兩次。 在這種情況下我們就可以使用悲觀鎖來避免問題的產生,實現 SQL 如下所示: ``` begin; # 1.開始事務 select * from table_name where id='xxx' for update; # 2.查詢狀態 insert into table_name (id) values ('xxx'); # 3.添加操作 update table_name set status='xxx'; # 4.更改操作 commit; # 5.提交事務 ``` 在實現的過程中需要注意以下兩個問題: * 如果使用的是 MySQL 數據庫,必須選用 innodb 存儲引擎,因為 innodb 支持事務; * id 字段一定要是主鍵或者是唯一索引,不然會鎖表,影響其他業務執行。 * ② 唯一索引 我們可以創建一個唯一索引的表來實現冪等性,在每次執行業務之前,先執行插入操作,因為唯一字段就是業務的 ID,因此如果重復插入的話會觸發唯一約束而導致插入失敗。在這種情況下(插入失敗)我們就可以判定它為重復提交的請求。 唯一索引表的創建示例如下: ``` CREATE TABLE `table_name` ( `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT, `orderid` varchar(32) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '唯一id', PRIMARY KEY (`id`), UNIQUE KEY `uq_orderid` (`orderid`) COMMENT '唯一約束' ) ENGINE=InnoDB; ``` * ③ 樂觀鎖 樂觀鎖是指在執行數據操作時(更改或添加)進行加鎖操作,其他時間不加鎖,因此相比于整個執行過程都加鎖的悲觀鎖來說,它的執行效率要高很多。 樂觀鎖可以通過版本號來實現,例如以下 SQL: ``` update table_name set version=version+1 where version=0; ``` #### 小結 冪等性不但可以保證程序正常執行,還可以杜絕一些垃圾數據以及無效請求對系統資源的消耗。本課時我們講了冪等性的 6 種實現方式,包括前端攔截、數據庫悲觀鎖實現、數據唯一索引實現、數據庫樂觀鎖實現、JVM 鎖實現,以及分布式鎖的實現等方案,其中前端攔截無法防止懂行的人直接繞過前端進行模擬請求的操作。因此后端一定要實現冪等性處理,推薦的做法是使用分布式鎖來實現,這樣的解決方案更加通用。 #### 課后問答 * 1、本質上來說還是用業務來判斷,和鎖有什么關系呢?是不是說鎖只是保證每次執行的原子性 講師回復: 這相當于用唯一鎖的概念來實現了冪等性的業務。
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