如何理解编程接口的幂等性？

幂等性是编程中一个很重要的概念。特别是我们在设计编程接口时，往往需要考虑接口是否满足幂等性。那么，什么是幂等性呢？幂等性具体应用于哪些场景？实现幂等性有哪些可行的方案？本文一一为您揭秘。

什么是幂等性

幂等原本是一个数学概念，用数学公式表示为：

f(f(x)) = f(x)

引入到计算机编程领域，幂等性是指客户端对服务端接口调用一次和调用多次，对服务端状态的影响是相同的。对于HTTP请求，一次请求和多次请求，如果对被请求资源本身的影响完全相同，则可认为请求是幂等的。同样地，对于一个微服务接口，如果多次调用和一次调用的效果一样，则认为这个接口是幂等的。
我们用幂等性的上述定义来检查数据库的增删改查。显然，查询和删除是幂等的。新增和更新操作，则不是幂等的。举反例如下：

• 新增客户记录时，每执行一次insert操作，都会在数据库表中添加一条记录。
• 更新文章浏览量时，需要在原有浏览量数值上执行+1操作，每执行一次，浏览量数值都会随之改变。

幂等是服务端对外的一种承诺，承诺只要调用服务端成功，无论客户端调用多少次，都不用担心因重复调用打乱服务端的状态。

什么场景下需要幂等性

1. 不允许重复提交时。 比如电商系统下订单时，用户重复点击下单按钮，后台应避免重复下单、重复扣款。
2. 客户端引入失败重试机制时。在某些情况下，服务端执行操作成功而未来得及把操作结果返回给客户端，客户端误认为服务端操作失败，自动发起重试。

如何实现幂等性

实现幂等性，总体思路就是先判断再插入/更新。也就是check if exist then insert和check if not updated then update类似的操作。这类操作往往不是原子的，需要加锁。具体有以下几种方案：

1. 使用唯一索引
   适用于业务上要求只存在一条记录的数据表，比如用手机号来作为客户的唯一标识，则针对手机号建立唯一索引，这样在插入相同手机号的客户记录时，数据库就会报错并回滚插入操作，从而保证幂等性。

2. token校验
   借助外部系统存储的token来判断是否重复提交。具体做法是，服务端先生成一个token保存下来，然后发给客户端使用。客户端在提交时，请求中必须带上该token。服务端收到客户端请求后，在执行具体操作前，先校验客户端传入的token，看是否和服务端已存储的token一致。若一致则表明是第一次请求，可以开绿灯放行，并在操作完成后删除或更新token。若不一致或未找到，则认为是重复提交，不予放行。我们常见的csrf_token就是为防止表单重复提交而使用的。

3. 悲观锁
   悲观锁一般配合事务一起使用，用于记录更新频繁的场景。在更新某条记录前，需要先使用select ... where id=111 for update语法来对记录加锁，然后再执行更新操作。

4. 乐观锁
   乐观锁只需要在更新数据的瞬间锁表，往往比悲观锁更高效。一般用增加记录版本号的方式来实现乐观锁。比如下面这个微博计数表：

weibo_id	repost_count	version
1001	37	4

每次转发，都需要将转发数+1。这里我们用version字段来保存记录版本号。更新时，为保证幂等性，需执行如下SQL:

update t_weibo_count set repost_count=repost_count+1, version=version+1 where id=1001 and version=4

这样，如果是第一次请求，version匹配，更新成功，version+1。而后续的请求，无论执行多少次，因为version在第一次请求后已经+1，和SQL中的version对不上，因此更新不会被执行。

5. 分布式锁
   分布式锁可以变相地认为是一种token校验机制。业务系统在插入或更新数据前，需要先获得锁。操作完成后，需要释放锁。在锁定期间，其他客户端只能等待。分布式锁一般用redis和zookeeper实现。

6. 有限状态机
   有些领域对象比如订单，它的状态较为固定，转化途径也比较确定。我们在构造订单更新SQL时，可以带上订单状态字段，类似上面乐观锁的情况。若订单状态不匹配，则认为是重复操作，不予执行。

总结

幂等性规定多次操作和一次操作对系统状态的影响是想同的。幂等性同时也是接口对外部调用方的一种承诺。在接口和系统设计中，我们需要充分衡量某个接口是否需要实现成幂等性的。实现幂等性的主要思路就是先判断再插入/更新，可通过判断唯一索引、单次有效token、是否有锁、状态是否匹配等方式来识别并无视重复操作，达到幂等性的要求。