業(yè)務(wù)背景

今天給大家聊聊線上系統(tǒng)的接口冪等問(wèn)題，以及如何通過(guò)分布式鎖來(lái)保障接口的冪等性，同時(shí)會(huì)給大家分享一下我們?cè)诨诜植际芥i實(shí)現(xiàn)接口冪等性的時(shí)候，一些生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。

首先給大家說(shuō)說(shuō)，假如說(shuō)要是我們線上系統(tǒng)的核心接口要是沒有冪等性保障機(jī)制的話，可能會(huì)出現(xiàn)什么情況？

其實(shí)非常簡(jiǎn)單，假設(shè)你有一個(gè)系統(tǒng)，他有一個(gè)接口，這個(gè)接口接受請(qǐng)求的時(shí)候假設(shè)會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)里插入一條數(shù)據(jù)，正常情況下一個(gè)用戶對(duì)這個(gè)接口發(fā)起一次請(qǐng)求應(yīng)該就只有一條數(shù)據(jù)，結(jié)果可能某一天你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)用戶通過(guò)這個(gè)接口插入了多條數(shù)據(jù)。

如下圖 1 所示：

初版防重代碼

那么為什么會(huì)這樣呢？其實(shí)我們一般這類系統(tǒng)接口，但凡是寫的稍微好一點(diǎn)的，都會(huì)在接口里加入防重代碼。

就是會(huì)有代碼判斷一下，當(dāng)前你要寫入的這條數(shù)據(jù)是否存在，如果他要是不存在的話，就會(huì)進(jìn)行插入，但是如果他存在的話就不會(huì)允許你重復(fù)插入的。

這種防重代碼如下所示：

public void business(Request request) {   
    // 1、先根據(jù)請(qǐng)求參數(shù)在db里查詢一下這條數(shù)據(jù)   
    Data data = findData(request);   

    // 2、如果這條數(shù)據(jù)在db里已經(jīng)存在了，此時(shí)就直接返回了   
    if(data != null) {
     return;   
    }   

    // 3、如果要是這條數(shù)據(jù)在db里不存在，此時(shí)就會(huì)執(zhí)行數(shù)據(jù)插入邏輯了   
    insertData(request); 
}

結(jié)合上面這段代碼的防重邏輯，我們可以看下圖 2 的運(yùn)行邏輯展示：

在插入數(shù)據(jù)之前一定會(huì)先根據(jù)請(qǐng)求參數(shù)查詢這條數(shù)據(jù)，如果查詢到了，則此時(shí)直接返回不會(huì)重復(fù)插入，但是如果沒有查詢到這條數(shù)據(jù)，則此時(shí)會(huì)插入這條數(shù)據(jù)。

那么大家可能問(wèn)題來(lái)了，那既然都已經(jīng)有這個(gè)防重邏輯了，即使你用相同的請(qǐng)求參數(shù)重復(fù)多次調(diào)用這個(gè)接口插入數(shù)據(jù)，也不應(yīng)該重復(fù)插入數(shù)據(jù)??！

按說(shuō)確實(shí)是這樣子的，但是凡事總有例外，那就是大名鼎鼎的瞬時(shí)重試+多線程并發(fā)問(wèn)題。

瞬時(shí)重試+多線程并發(fā)問(wèn)題分析

下面我們給大家解釋一下，在上述的代碼防重邏輯下，如果要是短時(shí)間內(nèi)用戶用相同的請(qǐng)求參數(shù)重復(fù)的發(fā)起了兩次請(qǐng)求，為什么會(huì)穿透防重邏輯，在數(shù)據(jù)庫(kù)里插入兩條一樣的數(shù)據(jù)。

大家要打起且精神來(lái)，仔細(xì)來(lái)看這個(gè)過(guò)程了， 首先用戶可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)于激動(dòng)、手抖或者是網(wǎng)絡(luò)抽風(fēng)等各種原因，在一瞬間發(fā)起兩次請(qǐng)求參數(shù)完全相同的請(qǐng)求。

如下圖 3 所示：

接著呢，這兩個(gè)請(qǐng)求到了我們的系統(tǒng)后，其實(shí)是分別由一個(gè)線程來(lái)處理的，不管你是用 tomcat 部署提供的 controller 接口，還是基于 dubbo 提供的 rpc 接口，其實(shí)每個(gè)請(qǐng)求過(guò)來(lái)都是由一個(gè)獨(dú)立的線程來(lái)處理的。

如下圖 4 所示：

接著呢，這兩個(gè)線程會(huì)并發(fā)的運(yùn)行相同的一段代碼邏輯，就是先根據(jù)請(qǐng)求參數(shù)查詢這條數(shù)據(jù)是否存在，存在就返回，不存在就進(jìn)行插入。

這個(gè)時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槭嵌嗑€程并發(fā)，所以很可能這兩個(gè)線程會(huì)同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢邏輯，但是他們倆同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢邏輯的時(shí)候，有一個(gè)問(wèn)題，那就是此時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里沒數(shù)據(jù)啊！

所以說(shuō)，這兩個(gè)線程并發(fā)運(yùn)行，完全可能會(huì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫(kù)里查詢出來(lái)的數(shù)據(jù)是空的。

如下圖 5 所示：

然后這個(gè)時(shí)候，兩個(gè)線程既然發(fā)現(xiàn)自己查詢到的數(shù)據(jù)都是空的，那當(dāng)然都可以去插入數(shù)據(jù)了。

所以此時(shí)這兩個(gè)線程會(huì)基于這個(gè)請(qǐng)求參數(shù)分別插入一條數(shù)據(jù)，而這條數(shù)據(jù)其實(shí)對(duì)于業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)是完全重復(fù)的，因?yàn)檎?qǐng)求參數(shù)是完全相同的。

如下圖 6 所示：

這個(gè)時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致本次數(shù)據(jù)重復(fù)問(wèn)題了，針對(duì)這種情況，我們一般把這種接口稱之為沒有冪等性。

因?yàn)槿绻粋€(gè)接口是有冪等性的，其實(shí)對(duì)于這個(gè)接口如果說(shuō)用相同的參數(shù)發(fā)起請(qǐng)求，那肯定是只會(huì)有一條數(shù)據(jù)，不可能會(huì)有重復(fù)數(shù)據(jù)的，這才叫做冪等性。

而現(xiàn)在的問(wèn)題是，這個(gè)接口用相同的請(qǐng)求參數(shù)發(fā)起多次，結(jié)果數(shù)據(jù)有重復(fù)了，此時(shí)接口就沒有冪等性。

數(shù)據(jù)庫(kù)唯一索引實(shí)現(xiàn)冪等

針對(duì)上述這種接口冪等問(wèn)題，其實(shí)比較簡(jiǎn)單的一種解決方案，就是基于我們依賴的數(shù)據(jù)庫(kù)去實(shí)現(xiàn)冪等。

也就是說(shuō)，用數(shù)據(jù)庫(kù)的唯一索引來(lái)實(shí)現(xiàn)即可，如果我們要是基于請(qǐng)求中的某一個(gè)或者多個(gè)業(yè)務(wù)字段組成一個(gè)唯一索引，那么其實(shí)你要往數(shù)據(jù)庫(kù)中用相同參數(shù)插入重復(fù)數(shù)據(jù)，那就是不可能的。

因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)層面就會(huì)阻止你插入的，唯一索引會(huì)確保這一點(diǎn)，你要重復(fù)插入，他就會(huì)拋異常。

如下 7 所示：

分布式鎖實(shí)現(xiàn)冪等

但是很多時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，那就是我們可能不一定說(shuō)每次都可以依賴數(shù)據(jù)庫(kù)的 唯一索引實(shí)現(xiàn)這種冪等性。

因?yàn)橛锌赡苣阍跇I(yè)務(wù)邏輯里，除了依賴數(shù)據(jù)庫(kù)以外，還依賴了別的服務(wù)接口，或者是 elasticsearch、redis 等多種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，也可能是依賴了數(shù)據(jù)庫(kù)中的多張表里的數(shù)據(jù)，你不可能每張表都做一個(gè)唯一索引來(lái)確保冪等性。

所以對(duì)于有復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯的接口來(lái)說(shuō)，要確保冪等性，往往需要引入一個(gè)關(guān)鍵組件，那就是分布式鎖。

所謂的分布式鎖，意思就是依賴外部的某個(gè)系統(tǒng)來(lái)加一把鎖，鎖加了以后后續(xù)還可以釋放這把鎖，現(xiàn)在比較常見的分布式鎖實(shí)現(xiàn)主要是依賴 redis 和 zookeeper 這兩個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，我們這里就以 redis 分布式鎖來(lái)舉例說(shuō)明。

先往簡(jiǎn)單了說(shuō)，我們可以在接口的入口代碼處，基于 redis 加一把分布式的鎖，這個(gè)時(shí)候只有一個(gè)線程可以成功加鎖。

加鎖之后，就這一個(gè)線程就可以去查詢這條數(shù)據(jù)是否存在，如果不存在，就可以插入一條數(shù)據(jù)進(jìn)去，然后再釋放鎖，在這個(gè)過(guò)程中，另外一個(gè)線程因?yàn)楂@取不到 redis 分布式鎖，所以只能干等著。

如下圖 8 所示：

等第一個(gè)線程加鎖，然后查詢數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不存在，接著插入一條數(shù)據(jù)，最后釋放鎖之后，接著第二個(gè)線程就才能得到機(jī)會(huì)再次加鎖，接著第二個(gè)線程加鎖后查詢數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)存在了，此時(shí)他就會(huì)直接返回，不會(huì)重復(fù)插入數(shù)據(jù)了。

如下圖 9 所示：

如上圖，大家可以發(fā)現(xiàn)，只要在核心接口的入口處加一把分布式鎖，就可以實(shí)現(xiàn)多線程并發(fā)下，復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯不會(huì)被重復(fù)執(zhí)行了，而且不依賴數(shù)據(jù)庫(kù)某個(gè)表的唯一索引，只要基于 redis 實(shí)現(xiàn)加鎖和釋放鎖就可以了。

而至于 redis 分布式鎖是如何實(shí)現(xiàn)的，就不在本文的討論中了，我們這次主要是給大家先分析一下線上系統(tǒng)接口的冪等問(wèn)題，當(dāng)沒有冪等性的時(shí)候，接口是如何在多線程并發(fā)場(chǎng)景下出現(xiàn)數(shù)據(jù)重復(fù)問(wèn)題的。

總結(jié)

然后我們分析了，如果要是基于數(shù)據(jù)庫(kù)表加一個(gè)唯一索引，就可以實(shí)現(xiàn)接口冪等了 ，可是如果業(yè)務(wù)邏輯過(guò)于復(fù)雜，有很多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，或者涉及很多表，此時(shí)就不能單單依賴一個(gè)唯一索引了，需要依靠在接口入口處加分布式鎖，然后才可以解決復(fù)雜接口的冪等性。