浅谈下幂等性_空间维度幂等

概念：

幂等性原本是数学上的概念，即使公式：f(x)=f(f(x)) 能够成立的数学性质。用在编程领域，则意为对同一个系统，使用同样的条件，一次请求和重复的多次请求对系统资源的影响是一致的。

幂等性是分布式系统设计中十分重要的概念，具有这一性质的接口在设计时总是秉持这样的一种理念：调用接口发生异常并且重复尝试时，总是会造成系统所无法承受的损失，所以必须阻止这种现象的发生。

幂等有两个维度：一是空间维度上的幂等，即幂等对象的范围，是个人还是机构，是某一次交易还是某种类型的交易...二是时间维度上的幂等，即幂等的保证时间，是几秒、几分钟还是永久性的。

幂等性适用领域

场景：在电商平台上支付后，因为网络原因导致系统提示你支付失败，于是你又重新付款了一次，等完成后检查网银发现被系统扣了两次款。

造成上述问题的原因可能有很多，比如第一次付款时实际支付成功，但是信息返回时网络中断导致系统误判；又比如第一次付款的确失败了，但第二次付款时发生意外，导致支付请求被重复发送等等。在一次支付的过程中，每个环节都有可能会发生问题，我们要如何规避这类问题引发的分险？

幂等性原则是解决这类问题的方案之一，所以在电商，银行，互联网金融等对数据准确性要求很高的领域中，这一特性具有十分重要的地位。

幂等的常用思路

1. 分布式事务 vs 幂等设计：

bool withdraw(account_id, amount)

withdraw的语义是从account_id对应的账户中扣除amount数额的钱，意思为提现；如果扣除成功则返回true，账户余额减少amount；如果扣除失败则返回false，账户余额不变。值得注意的是：和本地环境相比，我们不能轻易假设分布式环境的可靠性。一种典型的情况是withdraw请求已经被服务器端正确处理，但服务器端的返回结果由于网络等原因被掉丢了，导致客户端无法得知处理结果。如果是在网页上，一些不恰当的设计可能会使用户认为上一次操作失败了，然后刷新页面，这就导致了withdraw被调用两次，账户也被多扣了一次钱。如图1所示：

图1

这个问题的解决方案一是采用分布式事务，通过引入支持分布式事务的中间件来保证withdraw功能的事务性。分布式事务的优点是对于调用者很简单，复杂性都交给了中间件来管理。缺点则是一方面架构太重量级，容易被绑在特定的中间件上，不利于异构系统的集成；另一方面分布式事务虽然能保证事务的ACID性质，而但却无法提供性能和可用性的保证。

另一种更轻量级的解决方案是幂等设计。我们可以通过一些技巧把withdraw变成幂等的，比如：

int create_ticket() 
bool idempotent_withdraw(ticket_id, account_id, amount)

create_ticket的语义是获取一个服务器端生成的唯一的处理号ticket_id（交易单号或者入账单号），它将用于标识后续的操作。idempotent_withdraw和withdraw的区别在于关联了一个ticket_id，一个ticket_id表示的操作至多只会被处理一次，每次调用都将返回第一次调用时的处理结果。这样，idempotent_withdraw就符合幂等性了，客户端就可以放心地多次调用。

基于幂等性的解决方案中一个完整的取钱流程被分解成了两个步骤：1.调用create_ticket()获取ticket_id；2.调用idempotent_withdraw(ticket_id, account_id, amount)。虽然create_ticket不是幂等的，但在这种设计下，它对系统状态的影响可以忽略，加上idempotent_withdraw是幂等的，所以任何一步由于网络等原因失败或超时，客户端都可以重试，直到获得结果。如图2所示：

图2

和分布式事务相比，幂等设计的优势在于它的轻量级，容易适应异构环境，以及性能和可用性方面。在某些性能要求比较高的应用，幂等设计往往是唯一的选择。

2. 去重表：

利用数据库表单的特性来实现幂等，常用的一个思路是在表上构建唯一性索引，保证某一类数据一旦执行完毕，后续同样的请求再也无法成功写入。

比如生成交易订单号，该单号在表里面唯一，后续交易的操作围绕该订单号做相应处理，就可以避免交易重复处理。

3. TOKEN机制：

这种机制适用范围较广，有多种不同的实现方式。其核心思想是为每一次操作生成一个唯一性的凭证，也就是token。一个token在操作的每一个阶段只有一次执行权，一旦执行成功则保存执行结果。对重复的请求，返回同一个结果。

以电商平台为例子，电商平台上的订单id就是最适合的token。当用户下单时，会经历多个环节，比如生成订单，减库存，减优惠券等等。每一个环节执行时都先检测一下该订单id是否已经执行过这一步骤，对未执行的请求，执行操作并缓存结果，而对已经执行过的id，则直接返回之前的执行结果，不做任何操作。这样可以在最大程度上避免操作的重复执行问题，缓存起来的执行结果也能用于事务的控制等。

总结

幂等性是分布式领域的一把利刃，在支付和理财等交易有大量应用，非常有效的支持了多节点、多异构的复杂系统。

 

参考资料：

1、https://www.cnblogs.com/weidagang2046/archive/2011/06/04/idempotence.html

2、https://www.jianshu.com/p/475589f5cd7b