二哥：Java 防止重復(fù)提交最簡單的方案是什么？
有位朋友，某天突然問二哥：在 Java 中，防止重復(fù)提交最簡單的方案是什么？
這句話中包含了兩個關(guān)鍵信息，第一：防止重復(fù)提交；第二：最簡單。
于是二哥問他，是單機環(huán)境還是分布式環(huán)境？
得到的反饋是單機環(huán)境，那就簡單了，于是二哥就開始裝*了。
話不多說，我們先來復(fù)現(xiàn)這個問題。
模擬用戶場景
根據(jù)朋友的反饋，大致的場景是這樣的，如下圖所示：
簡化的模擬代碼如下（基于 Spring Boot）：
import?org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RequestMapping("/user")
@RestController
public?class?UserController?{
???/**
?????*?被重復(fù)請求的方法
?????*/
????@RequestMapping("/add")
????public?String?addUser(String?id)?{
????????//?業(yè)務(wù)代碼...
????????System.out.println("添加用戶ID:"?+?id);
????????return?"執(zhí)行成功！";
????}
}
于是二哥就想到：通過前、后端分別攔截的方式來解決數(shù)據(jù)重復(fù)提交的問題。
前端攔截
前端攔截是指通過 HTML 頁面來攔截重復(fù)請求，比如在用戶點擊完“提交”按鈕后，我們可以把按鈕設(shè)置為不可用或者隱藏狀態(tài)。
執(zhí)行效果如下圖所示：
前端攔截的實現(xiàn)代碼：
<html>
<script>
????function?subCli(){
????????//?按鈕設(shè)置為不可用
????????document.getElementById("btn_sub").disabled="disabled";
????????document.getElementById("dv1").innerText?=?"按鈕被點擊了~";
????}
script>
<body?style="margin-top:?100px;margin-left:?100px;">
????<input?id="btn_sub"?type="button"??value="?提?交?"??onclick="subCli()">
????<div?id="dv1"?style="margin-top:?80px;">div>
body>
html>
但前端攔截有一個致命的問題，如果是懂行的程序員或非法用戶可以直接繞過前端頁面，通過模擬請求來重復(fù)提交請求，比如充值了 100 元，重復(fù)提交了 10 次變成了 1000 元（瞬間發(fā)現(xiàn)了一個致富的好辦法）。
所以除了前端攔截一部分正常的誤操作之外，后端的攔截也是必不可少。
后端攔截
后端攔截的實現(xiàn)思路是在方法執(zhí)行之前，先判斷此業(yè)務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行過，如果執(zhí)行過則不再執(zhí)行，否則就正常執(zhí)行。
我們將請求的業(yè)務(wù) ID 存儲在內(nèi)存中，并且通過添加互斥鎖來保證多線程下的程序執(zhí)行安全，大體實現(xiàn)思路如下圖所示：
然而，將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，最簡單的方法就是使用 HashMap?存儲，或者是使用 Guava Cache 也是同樣的效果，但很顯然 HashMap?可以更快的實現(xiàn)功能，所以我們先來實現(xiàn)一個 HashMap 的防重（防止重復(fù)）版本。
1.基礎(chǔ)版——HashMap
import?org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import?java.util.HashMap;
import?java.util.Map;
/**
?*?普通?Map?版本
?*/
@RequestMapping("/user")
@RestController
public?class?UserController3?{
????//?緩存?ID?集合
????private?Map?reqCache?=?new?HashMap<>();
????@RequestMapping("/add")
????public?String?addUser(String?id)?{
????????//?非空判斷(忽略)...
????????synchronized?(this.getClass())?{
????????????//?重復(fù)請求判斷
????????????if?(reqCache.containsKey(id))?{
????????????????//?重復(fù)請求
????????????????System.out.println("請勿重復(fù)提交！??！"?+?id);
????????????????return?"執(zhí)行失敗";
????????????}
????????????//?存儲請求?ID
????????????reqCache.put(id,?1);
????????}
????????//?業(yè)務(wù)代碼...
????????System.out.println("添加用戶ID:"?+?id);
????????return?"執(zhí)行成功！";
????}
}
實現(xiàn)效果如下圖所示：
存在的問題：此實現(xiàn)方式有一個致命的問題，因為 HashMap?是無限增長的，因此它會占用越來越多的內(nèi)存，并且隨著 HashMap?數(shù)量的增加查找的速度也會降低，所以我們需要實現(xiàn)一個可以自動“清除”過期數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方案。
2.優(yōu)化版——固定大小的數(shù)組
此版本解決了 HashMap?無限增長的問題，它使用數(shù)組加下標計數(shù)器（reqCacheCounter）的方式，實現(xiàn)了固定數(shù)組的循環(huán)存儲。
當數(shù)組存儲到最后一位時，將數(shù)組的存儲下標設(shè)置 0，再從頭開始存儲數(shù)據(jù)，實現(xiàn)代碼如下：
import?org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import?java.util.Arrays;
@RequestMapping("/user")
@RestController
public?class?UserController?{
????private?static?String[]?reqCache?=?new?String[100];?//?請求?ID?存儲集合
????private?static?Integer?reqCacheCounter?=?0;?//?請求計數(shù)器（指示?ID?存儲的位置）
????@RequestMapping("/add")
????public?String?addUser(String?id)?{
????????//?非空判斷(忽略)...
????????synchronized?(this.getClass())?{
????????????//?重復(fù)請求判斷
????????????if?(Arrays.asList(reqCache).contains(id))?{
????????????????//?重復(fù)請求
????????????????System.out.println("請勿重復(fù)提交！??！"?+?id);
????????????????return?"執(zhí)行失敗";
????????????}
????????????//?記錄請求?ID
????????????if?(reqCacheCounter?>=?reqCache.length)?reqCacheCounter?=?0;?//?重置計數(shù)器
????????????reqCache[reqCacheCounter]?=?id;?//?將?ID?保存到緩存
????????????reqCacheCounter++;?//?下標往后移一位
????????}
????????//?業(yè)務(wù)代碼...
????????System.out.println("添加用戶ID:"?+?id);
????????return?"執(zhí)行成功！";
????}
}
3.擴展版——雙重檢測鎖(DCL)
上一種實現(xiàn)方法將判斷和添加業(yè)務(wù)，都放入 synchronized?中進行加鎖操作，這樣顯然性能不是很高，于是我們可以使用單例中著名的 DCL（Double Checked Locking，雙重檢測鎖）來優(yōu)化代碼的執(zhí)行效率，實現(xiàn)代碼如下：
import?org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import?java.util.Arrays;
@RequestMapping("/user")
@RestController
public?class?UserController?{
????private?static?String[]?reqCache?=?new?String[100];?//?請求?ID?存儲集合
????private?static?Integer?reqCacheCounter?=?0;?//?請求計數(shù)器（指示?ID?存儲的位置）
????@RequestMapping("/add")
????public?String?addUser(String?id)?{
????????//?非空判斷(忽略)...
????????//?重復(fù)請求判斷
????????if?(Arrays.asList(reqCache).contains(id))?{
????????????//?重復(fù)請求
????????????System.out.println("請勿重復(fù)提交！?。??+?id);
????????????return?"執(zhí)行失敗";
????????}
????????synchronized?(this.getClass())?{
????????????//?雙重檢查鎖（DCL,double?checked?locking）提高程序的執(zhí)行效率
????????????if?(Arrays.asList(reqCache).contains(id))?{
????????????????//?重復(fù)請求
????????????????System.out.println("請勿重復(fù)提交?。?！"?+?id);
????????????????return?"執(zhí)行失敗";
????????????}
????????????//?記錄請求?ID
????????????if?(reqCacheCounter?>=?reqCache.length)?reqCacheCounter?=?0;?//?重置計數(shù)器
????????????reqCache[reqCacheCounter]?=?id;?//?將?ID?保存到緩存
????????????reqCacheCounter++;?//?下標往后移一位
????????}
????????//?業(yè)務(wù)代碼...
????????System.out.println("添加用戶ID:"?+?id);
????????return?"執(zhí)行成功！";
????}
}
注意：DCL 適用于重復(fù)提交頻繁比較高的業(yè)務(wù)場景，對于相反的業(yè)務(wù)場景下 DCL 并不適用。
4.完善版——LRUMap
上面的代碼基本已經(jīng)實現(xiàn)了重復(fù)數(shù)據(jù)的攔截，但顯然不夠簡潔和優(yōu)雅，比如下標計數(shù)器的聲明和業(yè)務(wù)處理等，但值得慶幸的是 Apache 為我們提供了一個 commons-collections 的框架，里面有一個非常好用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) LRUMap?可以保存指定數(shù)量的固定的數(shù)據(jù)，并且它會按照 LRU 算法，幫你清除最不常用的數(shù)據(jù)。
小貼士：LRU 是 Least Recently Used 的縮寫，即最近最少使用，是一種常用的數(shù)據(jù)淘汰算法，選擇最近最久未使用的數(shù)據(jù)予以淘汰。
首先，我們先來添加 Apache commons collections 的引用：
?
<dependency>
??<groupId>org.apache.commonsgroupId>
??<artifactId>commons-collections4artifactId>
??<version>4.4version>
dependency>
實現(xiàn)代碼如下：
import?org.apache.commons.collections4.map.LRUMap;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RequestMapping("/user")
@RestController
public?class?UserController?{
????//?最大容量?100?個，根據(jù)?LRU?算法淘汰數(shù)據(jù)的?Map?集合
????private?LRUMap?reqCache?=?new?LRUMap<>(100);
????@RequestMapping("/add")
????public?String?addUser(String?id)?{
????????//?非空判斷(忽略)...
????????synchronized?(this.getClass())?{
????????????//?重復(fù)請求判斷
????????????if?(reqCache.containsKey(id))?{
????????????????//?重復(fù)請求
????????????????System.out.println("請勿重復(fù)提交?。?！"?+?id);
????????????????return?"執(zhí)行失敗";
????????????}
????????????//?存儲請求?ID
????????????reqCache.put(id,?1);
????????}
????????//?業(yè)務(wù)代碼...
????????System.out.println("添加用戶ID:"?+?id);
????????return?"執(zhí)行成功！";
????}
}
使用了 LRUMap 之后，代碼顯然簡潔了很多。
5.最終版——封裝
以上都是方法級別的實現(xiàn)方案，然而在實際的業(yè)務(wù)中，我們可能有很多的方法都需要防重，那么接下來我們就來封裝一個公共的方法，以供所有類使用：
import?org.apache.commons.collections4.map.LRUMap;
/**
?*?冪等性判斷
?*/
public?class?IdempotentUtils?{
????//?根據(jù)?LRU(Least?Recently?Used，最近最少使用)算法淘汰數(shù)據(jù)的?Map?集合，最大容量?100?個
????private?static?LRUMap?reqCache?=?new?LRUMap<>(100);
????/**
?????*?冪等性判斷
?????*?@return
?????*/
????public?static?boolean?judge(String?id,?Object?lockClass)?{
????????synchronized?(lockClass)?{
????????????//?重復(fù)請求判斷
????????????if?(reqCache.containsKey(id))?{
????????????????//?重復(fù)請求
????????????????System.out.println("請勿重復(fù)提交?。?！"?+?id);
????????????????return?false;
????????????}
????????????//?非重復(fù)請求，存儲請求?ID
????????????reqCache.put(id,?1);
????????}
????????return?true;
????}
}
調(diào)用代碼如下：
import?com.example.idempote.util.IdempotentUtils;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import?org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RequestMapping("/user")
@RestController
public?class?UserController4?{
????@RequestMapping("/add")
????public?String?addUser(String?id)?{
????????//?非空判斷(忽略)...
????????//?--------------?冪等性調(diào)用（開始）?--------------
????????if?(!IdempotentUtils.judge(id,?this.getClass()))?{
????????????return?"執(zhí)行失敗";
????????}
????????//?--------------?冪等性調(diào)用（結(jié)束）?--------------
????????//?業(yè)務(wù)代碼...
????????System.out.println("添加用戶ID:"?+?id);
????????return?"執(zhí)行成功！";
????}
}
小貼士：一般情況下代碼寫到這里就結(jié)束了，但想要更簡潔也是可以實現(xiàn)的，你可以通過自定義注解，將業(yè)務(wù)代碼寫到注解中，需要調(diào)用的方法只需要寫一行注解就可以防止數(shù)據(jù)重復(fù)提交了，老鐵們可以自行嘗試一下（需要磊哥擼一篇的，評論區(qū)留言 666）。
擴展知識——LRUMap 實現(xiàn)原理分析
既然 LRUMap?如此強大，我們就來看看它是如何實現(xiàn)的。
LRUMap 的本質(zhì)是持有頭結(jié)點的環(huán)回雙鏈表結(jié)構(gòu)，它的存儲結(jié)構(gòu)如下：
AbstractLinkedMap.LinkEntry?entry;
當調(diào)用查詢方法時，會將使用的元素放在雙鏈表 header 的前一個位置，源碼如下：
public?V?get(Object?key,?boolean?updateToMRU)?{
????LinkEntry?entry?=?this.getEntry(key);
????if?(entry?==?null)?{
????????return?null;
????}?else?{
????????if?(updateToMRU)?{
????????????this.moveToMRU(entry);
????????}
????????return?entry.getValue();
????}
}
protected?void?moveToMRU(LinkEntry?entry) ?{
????if?(entry.after?!=?this.header)?{
????????++this.modCount;
????????if?(entry.before?==?null)?{
????????????throw?new?IllegalStateException("Entry.before?is?null.?This?should?not?occur?if?your?keys?are?immutable,?and?you?have?used?synchronization?properly.");
????????}
????????entry.before.after?=?entry.after;
????????entry.after.before?=?entry.before;
????????entry.after?=?this.header;
????????entry.before?=?this.header.before;
????????this.header.before.after?=?entry;
????????this.header.before?=?entry;
????}?else?if?(entry?==?this.header)?{
????????throw?new?IllegalStateException("Can't?move?header?to?MRU?This?should?not?occur?if?your?keys?are?immutable,?and?you?have?used?synchronization?properly.");
????}
}
如果新增元素時，容量滿了就會移除 header 的后一個元素，添加源碼如下：
?protected?void?addMapping(int?hashIndex,?int?hashCode,?K?key,?V?value)?{
?????//?判斷容器是否已滿?
?????if?(this.isFull())?{
?????????LinkEntry?reuse?=?this.header.after;
?????????boolean?removeLRUEntry?=?false;
?????????if?(!this.scanUntilRemovable)?{
?????????????removeLRUEntry?=?this.removeLRU(reuse);
?????????}?else?{
?????????????while(reuse?!=?this.header?&&?reuse?!=?null)?{
?????????????????if?(this.removeLRU(reuse))?{
?????????????????????removeLRUEntry?=?true;
?????????????????????break;
?????????????????}
?????????????????reuse?=?reuse.after;
?????????????}
?????????????if?(reuse?==?null)?{
?????????????????throw?new?IllegalStateException("Entry.after=null,?header.after="?+?this.header.after?+?"?header.before="?+?this.header.before?+?"?key="?+?key?+?"?value="?+?value?+?"?size="?+?this.size?+?"?maxSize="?+?this.maxSize?+?"?This?should?not?occur?if?your?keys?are?immutable,?and?you?have?used?synchronization?properly.");
?????????????}
?????????}
?????????if?(removeLRUEntry)?{
?????????????if?(reuse?==?null)?{
?????????????????throw?new?IllegalStateException("reuse=null,?header.after="?+?this.header.after?+?"?header.before="?+?this.header.before?+?"?key="?+?key?+?"?value="?+?value?+?"?size="?+?this.size?+?"?maxSize="?+?this.maxSize?+?"?This?should?not?occur?if?your?keys?are?immutable,?and?you?have?used?synchronization?properly.");
?????????????}
?????????????this.reuseMapping(reuse,?hashIndex,?hashCode,?key,?value);
?????????}?else?{
?????????????super.addMapping(hashIndex,?hashCode,?key,?value);
?????????}
?????}?else?{
?????????super.addMapping(hashIndex,?hashCode,?key,?value);
?????}
?}
判斷容量的源碼：
public?boolean?isFull()?{
??return?size?>=?maxSize;
}
容量未滿就直接添加數(shù)據(jù)：
super.addMapping(hashIndex,?hashCode,?key,?value);
如果容量滿了，就調(diào)用 reuseMapping 方法使用 LRU 算法對數(shù)據(jù)進行清除。
綜合來說：LRUMap 的本質(zhì)是持有頭結(jié)點的環(huán)回雙鏈表結(jié)構(gòu)，當使用元素時，就將該元素放在雙鏈表 header 的前一個位置，在新增元素時，如果容量滿了就會移除 header 的后一個元素。
總結(jié)
本文講了防止數(shù)據(jù)重復(fù)提交的 6 種方法，首先是前端的攔截，通過隱藏和設(shè)置按鈕的不可用來屏蔽正常操作下的重復(fù)提交。但為了避免非正常渠道的重復(fù)提交，我們又實現(xiàn)了 5 個版本的后端攔截：HashMap 版、固定數(shù)組版、雙重檢測鎖的數(shù)組版、LRUMap 版和 LRUMap 的封裝版。
------------------ 公眾號：沉默王二
這是一枚沉默但有趣的程序員，你知道，他的文章風趣幽默，讀起來就好像花錢一樣爽快。長按下圖二維碼關(guān)注，你將感受到一個有趣的靈魂，且每篇文章都有干貨。
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