什么是冪等

冪等（idempotent）是一個(gè)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)概念，常見于抽象代數(shù)中。

在編程中，一個(gè)冪等操作的特點(diǎn)是，其任意多次執(zhí)行所產(chǎn)生的影響均與一次執(zhí)行的影響相同。冪等函數(shù)，或冪等方法，是指可以使用相同參數(shù)重復(fù)執(zhí)行，并能獲得相同結(jié)果的函數(shù)。冪等函數(shù)可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。例如，setTrue()就是一個(gè)冪等函數(shù)，因?yàn)闊o論執(zhí)行多少次，其結(jié)果都是一樣的。

冪等的場景有很多，例如：

• 前端重復(fù)提交選中的數(shù)據(jù)，后臺只產(chǎn)生對應(yīng)這個(gè)數(shù)據(jù)的一個(gè)反應(yīng)結(jié)果；
• 我們發(fā)起一筆付款請求，應(yīng)該只扣用戶賬戶一次錢，當(dāng)遇到網(wǎng)絡(luò)重發(fā)或系統(tǒng)bug重發(fā)，也應(yīng)該只扣一次錢；
• 發(fā)送消息，也應(yīng)該只發(fā)一次，同樣的短信發(fā)給用戶，用戶會崩潰；
• 創(chuàng)建業(yè)務(wù)訂單，一次業(yè)務(wù)請求只能創(chuàng)建一個(gè)，創(chuàng)建多個(gè)就會出大問題。

冪等的技術(shù)手段

冪等并不是并發(fā)場景下的特有問題。冪等處理的是多次執(zhí)行的問題，而并發(fā)僅僅是多次執(zhí)行的一種形式。不管是依次執(zhí)行，還是并發(fā)執(zhí)行，都需要做好冪等。有些技術(shù)人員將解決并發(fā)問題的技術(shù)手段，例如悲觀鎖、樂觀鎖和分布式鎖，當(dāng)成冪等的技術(shù)手段，這是不對的。

再次強(qiáng)調(diào)，冪等的核心是確保唯一性。

唯一索引

在數(shù)據(jù)庫中建立唯一索引，用作冪等記錄，可以防止插入重復(fù)的數(shù)據(jù)。 在冪等函數(shù)中，先執(zhí)行一次查詢操作，如存在冪等記錄則返回第一次執(zhí)行的結(jié)果，如不存在冪等記錄則繼續(xù)執(zhí)行。在并發(fā)場景下，可能存在多個(gè)線程同時(shí)插入冪等記錄，這時(shí)候唯一索引可以確保只有一個(gè)線程插入成功，其它線程拋出異常。

除了插入冪等記錄，應(yīng)該還要插入其它的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候務(wù)必使用事務(wù)。在實(shí)際工作中，冪等記錄與事務(wù)經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，如影相隨。

唯一數(shù)據(jù)

使用redis、memcache和zookeeper都可以實(shí)現(xiàn)唯一數(shù)據(jù)，這里僅用redis的SETNX舉例。筆者從redis的官方文檔摘抄了SETNX的用法，如下所示。

SETNX key value將 key 的值設(shè)為 value ，當(dāng)且僅當(dāng) key 不存在。若給定的 key 已經(jīng)存在，則 SETNX 不做任何動作。SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，則 SET)的簡寫。可用版本： >= 1.0.0 時(shí)間復(fù)雜度： O(1) 返回值： 設(shè)置成功，返回 1 。 設(shè)置失敗，返回 0 。 復(fù)制代碼

在冪等函數(shù)中，將唯一標(biāo)識作為key，任取value，調(diào)用SETNX。如果返回1，說明當(dāng)前是第一次執(zhí)行，繼續(xù)執(zhí)行冪等函數(shù)；如果返回0，取出第一次執(zhí)行的結(jié)果并返回給調(diào)用方。在并發(fā)場景下，可能因尚未完成第一次執(zhí)行而取不到結(jié)果，這時(shí)候可以稍作等待。

除了redis、memcache和zookeeper，還有其它手段可以實(shí)現(xiàn)唯一數(shù)據(jù)，讀者可自行探索。只要可以實(shí)現(xiàn)唯一數(shù)據(jù)，就可以用來做冪等。

狀態(tài)機(jī)約束

在單據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)，或者是任務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)，基本會涉及到狀態(tài)機(jī)。業(yè)務(wù)單據(jù)上面有個(gè)狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)根據(jù)一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。如果狀態(tài)機(jī)已經(jīng)處于下一個(gè)狀態(tài)，這時(shí)候是不能往回跳轉(zhuǎn)到上一個(gè)狀態(tài)的。通過狀態(tài)機(jī)的跳轉(zhuǎn)約束，可以做到有限狀態(tài)機(jī)的冪等。

冪等的場景

冪等經(jīng)常與事務(wù)同時(shí)出現(xiàn)，而事務(wù)適合小任務(wù)場景、不適合大任務(wù)場景，因此筆者將冪等場景分為以下兩類進(jìn)行介紹。為了方便描述，我們假設(shè)bizId可以唯一標(biāo)識一筆業(yè)務(wù)。

小任務(wù)場景

這個(gè)場景的處理方式很簡單，可以追求強(qiáng)一致性。在冪等函數(shù)中，先判斷冪等記錄是否存在。如果存在，直接返回；如果不存在，開啟一個(gè)事務(wù)。在事務(wù)中，采用任務(wù)名+bizId作為冪等組合字段，插入冪等記錄和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。它的流程圖如下。

大任務(wù)場景

在大任務(wù)場景下，需要將大任務(wù)拆成多個(gè)小任務(wù)分別執(zhí)行。在每個(gè)小任務(wù)中，都可以有事務(wù)。但是，沒有事務(wù)保證所有的小任務(wù)同時(shí)成功。因此，存在部分成功的場景。針對部分成功的場景，可以利用重試機(jī)制做到最終一致性。重試機(jī)制意味著多次執(zhí)行，回到了冪等問題。這里只介紹需要冪等的場景。如果同時(shí)存在需要冪等和不需要冪等的場景，請加入一個(gè)判斷標(biāo)。

同步執(zhí)行小任務(wù)

同步執(zhí)行小任務(wù)的流程圖如下。各小任務(wù)依次執(zhí)行，中間的小任務(wù)不返回結(jié)果，僅在最后一個(gè)小任務(wù)或之后返回結(jié)果。

異步執(zhí)行小任務(wù)

異步執(zhí)行小任務(wù)的流程圖如下。各小任務(wù)單獨(dú)執(zhí)行，互相不感知，也沒有地方返回結(jié)果。

冪等字段

不管是同步執(zhí)行小任務(wù)，還是異步執(zhí)行小任務(wù)，都需要為每個(gè)小任務(wù)設(shè)置一個(gè)冪等字段或冪等組合字段。筆者推薦采用小任務(wù)名+bizId作為冪等組合字段。一方面，bizId可以標(biāo)識這一批小任務(wù)屬于同一筆業(yè)務(wù)；另一方便，小任務(wù)名可以區(qū)分不同的小任務(wù)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解幂等技术的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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