5.4 服务幂等性设计

:::tip 什么是幂等性
幂等性最初是一个数学概念，后来被引入计算机科学中，用来描述某个操作可以安全地重试，即多次执行的结果与单次执行的结果完全一致。
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柔性事务普遍基于“最大努力交付”机制。也就是说，当网络通信失败、节点宕机或者进程崩溃时，采用重复请求的方式来容错。因此，如果某些关键服务不具备幂等性，重复处理可能导致数据不一致或其他风险。例如，在退款接口中，缺乏幂等性可能导致重复退款。

接下来，笔者将介绍两种实现系统幂等的方式，供读者参考。

5.4.1 全局唯一 ID

全局唯一ID 是在应用层使用最广泛的一种。它的核心思想是为每个操作生成一个独一无二的标识符，以此来判断是否已经执行过该操作。

全局唯一 ID 的实施步骤如下：

• 生成唯一 ID：每次执行操作前，根据业务操作内容生成一个全局唯一ID，这个 ID 可以利用 UUID、雪花算法（Snowflake）
  、Uidgenerator 或 Leaf 等算法生成。
• 附加到请求： 将生成的唯一 ID 附加到请求中，作为请求的一个参数、HTTP 头或请求体的一部分。
• 处理请求： 在服务器端，接收到请求后，首先检查这个唯一 ID：
  • 如果 ID 已存在：说明该请求已经被处理过，服务器可以直接返回之前的响应结果，避免重复处理。
  • 如果 ID 不存在：执行请求的操作，并将操作结果和该 ID 存储在数据存储中（如数据库、缓存等），以供后续请求检查。

值得一提的是，唯一ID 生成算法 snowflake，取自世界上没有两片相同的雪花之意。使用分布式部署的情况下每秒可生成百万个不重复、递增 id。已经广泛应用于需要分布式系统中生成唯一标识符的场景。

5.4.2 乐观锁

接下来，再看数据库中关于修改相关的操作。

假设有一个账户表 accounts，包含字段 id（账户ID）和 balance（账户余额）。现在要给账户 ID 为 1 的账户增加余额

UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 1;
​

如果这个SQL语句执行一次，那么账户的余额会增加100。但是如果由于某些原因（比如网络重试或者程序逻辑错误），这个 SQL 语句被执行了两次，账户的余额将会增加 200，而不是预期的 100。

每次执行这个语句都会对账户余额产生不同的影响，属于典型的非幂等性操作。对于此类的非幂等性操作，我们看看使用乐观锁（Optimistic Locking）如何解决。

乐观锁基本思想是，假设并发操作发生冲突的概率较低，允许多个事务或线程在不加锁的情况下同时读取数据，但在写入数据时再进行冲突检测。如果在写入前检测到数据已被其他事务修改，则放弃当前操作，避免数据不一致的情况。

结合上述增加余额的 SQL，请看下面具体的操作：

• 增加版本号字段：在涉及更新的数据表中增加一个 version 字段，更新数据时，版本号随之增加。
• 更新时检查版本号：执行更新操作时，通过 WHERE 子句检查当前版本号是否与读取时的版本号一致，如果一致则执行更新，并更新版本号。
• 重试机制：如果更新操作因为版本号不一致失败，业务层面发起重试，直到更新成功或达到重试次数限制。

UPDATE accounts 
SET balance = balance + ?, 
    version = version + 1 
WHERE id = ? AND version = ?;
​

这个例子中，? 代表将要被更新的数值，id 是账户的唯一标识符，version 是用于检查数据在读取后是否被修改的版本号。如果更新操作失败，意味着数据库内的数据已经被修改。此时，业务层面请求最新的数据，更新本地 version 并发起重试，直至成功或达到最大重试次数。

上面乐观锁的操作模式，是一种典型的 CAS（Compare And Swap | Compare And Set，比较并交换）操作。CAS 有时也被称为“轻量级事务”。由于乐观锁不需要在读取和写入时持有锁，在并发冲突不频繁的情况下（也就是读多写少的场景），使用乐观锁除保证一致性之外，还可提供更好的并发性能。