幂等性的七大解决方案

 幂等(idempotent)是一个数学与计算机学概念,常见于抽象代数中。
 在我们的开发过程中,保证幂等性就是保证你的程序的无论执行多少次,影响均与第一次执行的影响是一致的,产生的结果也是一样的。而幂等函数(幂等方法),是指使用相同的参数结构重复执行,产生相同的结果的函数,重复执行幂等函数不会影响系统的状态或者造成改变。

 常见幂等性问题

 典型的违反幂等原则导致的问题,如:

 1.订单处理场景

 订单创建:用户提交订单时,可能因网络问题导致请求重复发送,系统需确保同一订单号只创建一次,避免生成多个相同订单。
 订单状态变更:订单状态从"待支付"变更为"已支付"是,若客户端重复发送状态变更请求,系统需要保证只变更一次,避免状态不一致。

 2.库存扣件场景

 高并发抢购:在秒杀、抢购活动中,大量用户同时发起库存扣减请求,系统需保证同一个商品库存只被扣减一次,避免超卖。
 分布式库存扣减:在分布式系统中,多个服务节点可能同时处理同一商品的库存扣减请求,需通过幂等设计保证数据一致性。

 3.支付与退款场景

 支付重复提交:用户在网络波动或前端响应延迟等情况下,可能多次点击支付按钮,导致同一笔订单被多次扣款。
 退款操作:在退款接口中,若客户端因超时未收到响应而重试,或恶意用户利用漏洞重复提交退款请求,导致商家资金损失。

 4.消息队列场景

 消息重复投递:在消息队列中,消息可能因网络问题或消费处理失败而被重复投递。
 消息重复消费:消费者在处理消息后,未正确发送确认信号,导致消息被重新投递,系统需要确保消息只被处理一次。

 幂等性目标

  • 同一请求多次执行 -> 系统状态始终一致
  • 不同请求 -> 系统正常处理差异

 常见的7种解决方案

 方案1:Token令牌机制(防重复提交)

 原理:Redis创建Token,客户端先获取唯一Token,后续请求携带Token,服务端校验是否已被使用。
 适用场景:订单创建、表单提交等插入类操作。

 方案2:唯一ID + 去重表(防重复处理)

 原理:为每次请求生成唯一ID(如UUID、雪花算法生成的ID),请求前查询去重表,若存在则直接返回。
 适用场景:支付回调、订单状态变更等更新类操作
 实现要点

  • 使用学画算法生成分布式唯一ID
  • 数据库建立唯一索引保证原子性
    缺点
  • 需要额外的数据库操作,影响性能
  • 防重表可能成为性能瓶颈,需要合理设计索引和分片
 方案3:唯一索引或唯一组合索引

 原理:唯一索引或唯一组合索引来防止新增数据出现脏数据(当表存在唯一索引,并发执行时,先进入的执行成功,后进入的会执行失败,说明该数据已经存在了,返回结果即可)。
 适用场景:订单创建、注册、会议室抢订等插入类操作,避免插入同样信息的脏数据。
 典型案例:中秋节到了,淘宝上线某款限量版的月饼,每个用户都只能购买一盒月饼,如何防止用户被创建多条月饼订单数据,可以给月饼销售表中的用户ID加唯一索引,保证一个用户只能创建成功一条月饼订单记录。

 方案4:乐观锁(读多写少场景)

 原理:通过版本号控制更新,仅当数据版本与当前请求版本一致时执行操作(CAS)。
 适用场景:账户余额更新、库存扣减等

 方案5:状态机

 原理:定义状态转移规则,确保操作只能合法状态跳转。
 适用场景:订单生命周期管理(如:已支付 -> 已发货)
 典型案例
  在设计单据相关业务,或者任务相关业务时,肯定会涉及到状态机(状态变更),就是业务单据上面有个状态,状态在不同情况下会发生变更,一般情况下存在有限状态机。
  这时候,如果状态机已经处于下一个状态,这时候来了一个上一个的变更,理论上是不能够变更的,保证了有限状态机的幂等。
 注意:订单等单据类业务,存在很长的状态流程,一定要深刻理解状态机,对业务系统设计能力提高有很大帮助。

 方案6:分布式锁(强一致性要求)

 原理:通过Redis或Zookeeper实现互斥锁,确保同一时间仅处理一个请求。
 使用场景:超卖保护、秒杀库存扣减。

 方案7:前后端双重校验

 原理:前端防抖(如按钮置灰或者浮起旋转框)+ 后段唯一ID校验
 适用场景:低并发场景快速实现(如用户注册等)

 方案对比和选型参考

方案 性能 复杂度 适用场景
Token机制 插入类操作(如:订单创建等)
唯一ID + 去重表 更新类操作(如:状态变更等)
唯一索引/唯一组合索引 插入类操作(如:订单创建、注册等)
乐观锁 读多写少场景(如:余额更新)
状态机 有状态流转(如:订单生命周期管理)
分布式锁 强一致性(秒杀库存)
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