【高并發(fā)】- 冪等性設(shè)計(jì)你知道多少?
1. 有關(guān)冪等性設(shè)計(jì)的場(chǎng)景 ????用戶在電商平臺(tái)購(gòu)物，看到自己心儀的商品，于是將其加入購(gòu)物車，之后進(jìn)入購(gòu)物車下單結(jié)算。這時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)不通暢，用戶在點(diǎn)擊“提交訂單”按鈕時(shí)卡住了，用戶以為沒有提交成功，就又點(diǎn)擊了一次“提交訂單”按鈕。最終，訂單系統(tǒng)給該用戶生成了兩個(gè)訂單，其實(shí)之前那個(gè)訂單已經(jīng)生成成功了。
????這就是一個(gè)典型的冪等性問(wèn)題。由于下單接口沒有做好冪等性設(shè)計(jì)，所以導(dǎo)致用戶進(jìn)行了兩次同樣的下單操作，系統(tǒng)給用戶創(chuàng)建了兩個(gè)訂單。
2. 什么是冪等性
????所謂冪等性是指，用戶對(duì)于同一個(gè)操作發(fā)起一次請(qǐng)求或者多次請(qǐng)求，得到的結(jié)果都是一樣的，不會(huì)因?yàn)檎?qǐng)求了多次而出現(xiàn)異常現(xiàn)象。
????為了理解冪等性，下面來(lái)看一個(gè)非冪等的場(chǎng)景：
????例如，在支付時(shí)，用戶點(diǎn)擊了兩次“立即支付”按鈕，發(fā)生了重復(fù)支付。最終，用戶發(fā)現(xiàn)被扣了兩次款，支付系統(tǒng)也生成了兩條支付記錄，這就是一個(gè)非冪等的場(chǎng)景。
????
2.1?需要冪等性的場(chǎng)景
冪等性主要用在重復(fù)請(qǐng)求上，有如下幾種場(chǎng)景：
- 用戶多次請(qǐng)求，比如重復(fù)點(diǎn)擊頁(yè)面上的按鈕。
- 網(wǎng)絡(luò)異常，由于網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е略谝欢〞r(shí)間內(nèi)未返回調(diào)用成功的信息，觸發(fā)了框架層的重試機(jī)制。
- 頁(yè)面回退后再次提交的動(dòng)作。
- 程序上的重試機(jī)制：對(duì)于未及時(shí)響應(yīng)的請(qǐng)求發(fā)起重試操作。
2.2?數(shù)據(jù)庫(kù)操作的冪等性分析
數(shù)據(jù)庫(kù)的上層業(yè)務(wù)操作分為CRUD（即新增、讀取、更新、刪除4個(gè)動(dòng)作）。
-
新增（Create）：如果自增主鍵唯一，則數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)生成多條相同記錄，不具備冪等性，如：
insert?into(id,?name,?age,?balance)?values(1,?'test', 18, 100);
- 讀取（Read）：無(wú)論請(qǐng)求多少次，讀取的結(jié)果都是一樣的，所以讀取是天然冪等的，如：
select name, age, balance from user where id = 1;
- 更新（Update）：條件語(yǔ)句中帶有計(jì)算的更新是非冪等的；反之，則是天然冪等的，如：
非冪等 update user set balance = balance + 100 where id = 1;
冪等????update?user set balance = 200 where id = 1;
- 刪除（DELETE）：無(wú)論刪除多少次，結(jié)果都是一樣的，所以刪除動(dòng)作是天然冪等的，如：
delete from user where id = 1;
可以看出，讀取和刪除是天然冪等的，無(wú)論執(zhí)行多少次請(qǐng)求，最終的結(jié)果都是一樣的。從這里很容易聯(lián)想到RESTful規(guī)范中的HTTP請(qǐng)求方法：POST（C）、GET（R）、PUT（U）、DELETE（D）。
- POST：相當(dāng)于新增，不具備冪等性。
- GET：對(duì)資源的獲取。在瀏覽器中通過(guò)地址進(jìn)行訪問(wèn)，每次結(jié)果都是一樣的，是天然冪等的。
- PUT；將一個(gè)資源替換成另一個(gè)資源。這是非計(jì)算型的更新，無(wú)論更新多少次，結(jié)果都是一樣的，是天然冪等的。
- DELETE：同數(shù)據(jù)庫(kù)的刪除動(dòng)作。無(wú)論刪除多少次，結(jié)果都是一樣的，是天然冪等的。
3.?如何避免重復(fù)提交 ????如果用戶連續(xù)點(diǎn)擊了兩次“立即下單”按鈕后，訂單系統(tǒng)為用戶生成了兩個(gè)訂單，這是不行的。這是重復(fù)請(qǐng)求所導(dǎo)致的。要防止重復(fù)提交訂單（即請(qǐng)求多次和請(qǐng)求一次的最終效果是一樣的），則需要訂單系統(tǒng)在創(chuàng)建訂單時(shí)具備冪等性。
3.1 利用全局唯一ID防止重復(fù)提交 ????在向數(shù)據(jù)庫(kù)新增一條記錄時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息“result in duplicate entry for key primary”，原因是插入了相同ID的信息。
????利用數(shù)據(jù)庫(kù)的主鍵唯一特性，可以解決重復(fù)提交的問(wèn)題：對(duì)于相同Id的信息，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)拋出異常，這樣新增數(shù)據(jù)的請(qǐng)求會(huì)失敗。現(xiàn)在已經(jīng)知道方案了，那么這個(gè)ID該如何和系統(tǒng)進(jìn)行綁定呢？下面來(lái)看一下具體的落地流程。
（1）搭建一個(gè)生成全局唯一ID的服務(wù)。建議加入一些業(yè)務(wù)信息到該服務(wù)中，例如，在生成的訂單ID中可以包含業(yè)務(wù)信息的訂單元素（如“OD”20230201620005600001）。該全局唯一ID服務(wù)可以參考雪花算法SnowFlow進(jìn)行搭建。 （2）在訂單確定頁(yè)面中，調(diào)用全局唯一ID服務(wù)生成訂單號(hào)。 （3）在提交訂單時(shí)帶上訂單號(hào)，請(qǐng)求到達(dá)訂單系統(tǒng)的下單接口。
（4）將數(shù)據(jù)庫(kù)訂單表Id和訂單號(hào)進(jìn)行映射，將訂單號(hào)作為訂單表的ID。 （5）訂單系統(tǒng)在創(chuàng)建訂單信息時(shí)，訂單號(hào)使用前端傳過(guò)來(lái)的訂單號(hào)，然后直接將該訂單信息插入訂單庫(kù)中。 （6）如果訂單寫入成功，則是第一次提交，返回下單成功；如果報(bào)ID沖突信息，則是重復(fù)提交，在訂單表中只保留之前的記錄，不會(huì)寫入相同的新記錄。 （在報(bào)“訂單重復(fù)提交”錯(cuò)誤時(shí)，不要向客戶端拋出錯(cuò)誤信息，因?yàn)橹貜?fù)提交的訂單不一定全部失敗。如果給用戶展示錯(cuò)誤，則用戶可能還會(huì)提交訂單，這會(huì)使得用戶體驗(yàn)不好。可以直接向用戶展示下單成功）
（1）訂單系統(tǒng)提供一個(gè)發(fā)放Token的接口。這個(gè)Token是一個(gè)防重令牌，即一串唯一字符串（可以使用UUID算法生成）。
（2）在“訂單確認(rèn)頁(yè)”中調(diào)用獲取Token的接口，該接口向訂單確認(rèn)頁(yè)返回Token，同時(shí)將此Token寫入Redis緩存中，并依據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)對(duì)其設(shè)置一定的有效期。
（3）用戶在“訂單確認(rèn)頁(yè)”中點(diǎn)擊“提交訂單”按鈕時(shí)，將第（2）步獲取的Token以參數(shù)或者請(qǐng)求頭的形式封裝進(jìn)訂單信息中，然后請(qǐng)求訂單系統(tǒng)的下單接口。
（4）下單接口在收到提交下單的請(qǐng)求后，首先判斷在Redis中是否存在當(dāng)前傳入的Token：
- 如果存在，則代表這是第一次請(qǐng)求，會(huì)刪除這個(gè)Token，繼續(xù)創(chuàng)建訂單的其他業(yè)務(wù)。
- 如果不存在，則代表這不是第一次請(qǐng)求，而是重復(fù)的請(qǐng)求，會(huì)終止后面的業(yè)務(wù)操作。
????所以，在應(yīng)對(duì)并發(fā)修改場(chǎng)景下，對(duì)于Token的獲取、比對(duì)和刪除，需要使用原子操作。在Redis中可以用Lua腳本進(jìn)行原子操作。
????利用數(shù)據(jù)庫(kù)的主鍵唯一特性和Token機(jī)制來(lái)避免重復(fù)提交，是一種比較常用的接口冪等性方案。對(duì)于重復(fù)提交的場(chǎng)景，需要依據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，分析當(dāng)前場(chǎng)景是否具備冪等性，如果不具有冪等性，則需要進(jìn)行冪等性設(shè)計(jì)。
（冪等性設(shè)計(jì)方案遠(yuǎn)不止以上兩種，例如，可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)的悲觀鎖和樂觀鎖，或者分布式場(chǎng)景下的分布式鎖等，來(lái)防止重復(fù)提交）
4?如何避免更新中的ABA問(wèn)題 ????前面講到數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)，如果是類似計(jì)算型的更新，則其是非冪等的；如果不是計(jì)算型的更新，則其實(shí)天然冪等的。因?yàn)椋瑹o(wú)論更新多少次，最終結(jié)果都是一樣的。這種情況在大部分場(chǎng)景都是沒有問(wèn)題的，但是在高并發(fā)場(chǎng)景下，就有可能是非冪等的，從而造成數(shù)據(jù)的不一致。 ????場(chǎng)景： ????用戶在和商家討價(jià)還價(jià)后，提交訂單等待商家修改價(jià)格，商家在商品頁(yè)上將訂單價(jià)格從原來(lái)的100元，修改為80元。改完后，商家發(fā)現(xiàn)改錯(cuò)了，于是返回重新修改為90元，訂單系統(tǒng)對(duì)于上架這兩次的修改都執(zhí)行成功了。 ????但是，由于網(wǎng)絡(luò)異常原因，訂單系統(tǒng)未及時(shí)將“前一次修改為80元成功的結(jié)果”返回給訂單頁(yè)，從而觸發(fā)了重試邏輯，所以，商品價(jià)格在被修改為90元之后，又被修改為80元，即最終成交價(jià)格變成了80元，這就造成了數(shù)據(jù)的不一致，對(duì)商家也是一個(gè)損失。這是一個(gè)經(jīng)典的ABA問(wèn)題。 ????解決ABA問(wèn)題一個(gè)常用的方案是：使用數(shù)據(jù)庫(kù)的樂觀鎖來(lái)解決。即在訂單系統(tǒng)的訂單表中增加一個(gè)字段版本號(hào)（version），在每次更新時(shí)都判斷兩個(gè)版本號(hào)是否相等，如果不相等則不更新。具體流程如下： （1）在訂單頁(yè)獲取修改訂單時(shí)，同時(shí)將訂單版本號(hào)作為訂單屬性一起返回給前端頁(yè)面。 （2）在前端訂單頁(yè)修改訂單時(shí)，將訂單關(guān)鍵信息，如訂單ID（orderId）、修改的價(jià)格（newPrice）及獲取的版本號(hào)（version）等，一起傳到訂單修改接口中。 （3）訂單系統(tǒng)的訂單修改接口，在收到價(jià)格修改的請(qǐng)求后，首先判斷當(dāng)前傳過(guò)來(lái)的版本號(hào)和數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前訂單的版本號(hào)是否一致。如果不一致，則拒絕當(dāng)前更新；如果一致，則更新當(dāng)前數(shù)據(jù)，同時(shí)版本號(hào)加1。 ????“比較版本號(hào)”、“更新數(shù)據(jù)”、“對(duì)版本號(hào)加1”這幾個(gè)動(dòng)作都必須保證原子性，即要在一個(gè)事務(wù)內(nèi)，SQL語(yǔ)句如下：
update?order?set?price?=?80,?version?=?version?+?1
where?order_id?=?10001?and?version?=?1
????通過(guò)版本號(hào)可以保證從“訂單在訂單頁(yè)被查詢”到“成功更新這條數(shù)據(jù)”這期間內(nèi)沒有其他人能夠修改這條數(shù)據(jù)。只要有人修改了這條數(shù)據(jù)，版本號(hào)就會(huì)增加。版本號(hào)增加了，當(dāng)前更新拿到的就是舊版本號(hào)，會(huì)更新失敗，需要重新發(fā)起查詢請(qǐng)求以獲取最新的版本號(hào)。????加上版本號(hào)控制后，再來(lái)看一下是否保證了“訂單并發(fā)修改”的數(shù)據(jù)一致性。
- 當(dāng)商家修改價(jià)格為80元時(shí)，攜帶了版本號(hào)version = 0，訂單系統(tǒng)匹配發(fā)現(xiàn)剛傳的版本號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的版本號(hào)是一致的，所以更新價(jià)格為80元成功，同時(shí)將版本號(hào)加1.
- 當(dāng)商家又將價(jià)格修改為90元時(shí)，剛傳的version = 0，但當(dāng)前訂單的version = 1，所以當(dāng)前價(jià)格更新失敗。
- 商家看到更新失敗的原因，就可以刷新當(dāng)前頁(yè)面，重新獲取最新的版本號(hào)（version = 1），進(jìn)行訂單修改。
????本章節(jié)總結(jié)了高并發(fā)系統(tǒng)中關(guān)于冪等性設(shè)計(jì)的場(chǎng)景及解決方案，小伙伴們可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)進(jìn)行取舍。設(shè)計(jì)出符合當(dāng)前公司實(shí)際的冪等性設(shè)計(jì)。
點(diǎn)個(gè)在看你最好看
評(píng)論
圖片
表情