幂等性（一）

幂等性（Idempotence）是一个数学和计算机科学中的重要概念，广泛应用于软件设计、API 开发、分布式系统等领域。

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一、什么是幂等性？

定义：

幂等性是指一个操作无论执行一次还是多次，其结果都是一样的。也就是说，重复调用不会导致副作用。

在计算机科学中，幂等性通常用于描述：

• HTTP 方法的语义；
• API 接口的设计；
• 分布式系统的事务处理；
• 消息队列的消费机制等。

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二、HTTP 中的幂等性

HTTP 协议中定义了若干方法（Method），其中一些是幂等的，一些不是。以下是常见的 HTTP 方法及其幂等性：

HTTP Method	是否幂等	说明
GET	✅ 是	获取资源，不改变状态
HEAD	✅ 是	类似 GET，只获取头部
PUT	✅ 是	替换资源，相同请求多次效果一样
DELETE	✅ 是	删除资源，多次删除无影响
POST	❌ 否	创建资源，可能产生副作用（如创建多个）
PATCH	❌ 否	部分更新，行为取决于具体实现

📌 示例：

• GET /users/123：不管调用多少次，返回的结果应该一致。
• DELETE /users/123：第一次删除成功后，再次调用也不会出错或报异常。
• POST /orders：每次调用可能会生成一个新的订单。

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三、幂等性的应用场景

1. API 接口设计

确保客户端可以安全地重试请求而不造成数据错误或业务异常。

例如：

• 支付接口必须幂等，防止重复扣款；
• 订单取消接口应幂等，即使用户连续点击取消按钮多次；
• 用户注册接口一般不幂等，因为会创建新用户。

2. 分布式系统与消息队列

在消息队列中，消费者可能因网络问题、宕机等原因重复消费消息，此时需要保证消费逻辑的幂等性。

例如：

• Kafka 或 RocketMQ 的消费者处理一条消息失败后重试；
• RabbitMQ 设置手动确认模式，但消费者未及时 ACK 导致消息被重新投递。

3. 微服务架构下的服务调用

微服务之间通过 RPC 调用时，若发生超时、网络抖动等问题，调用方可能发起重试。如果服务端没有幂等处理，可能导致重复操作。

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四、如何实现幂等性？

1. 使用唯一标识 + 缓存/数据库记录

这是最常用的方式。

实现步骤：

1. 客户端发送请求时携带一个唯一的请求 ID（如 UUID）；
2. 服务端收到请求后，先检查该 ID 是否已处理过；
   • 若已处理，则直接返回上次结果；
   • 若未处理，则执行操作并保存该 ID；
3. 可以使用 Redis 缓存来快速判断是否重复请求。

String requestId = request.getHeader("X-Request-ID");
if (redis.exists(requestId)) {
    return redis.get(requestId); // 返回缓存结果
}

// 执行业务逻辑
Object result = doBusinessLogic();

// 缓存结果并设置过期时间
redis.setex(requestId, 60 * 60, result);

2. 利用数据库的唯一索引

适用于创建类操作，比如订单创建、支付单创建等。

实现方式：

• 在数据库表中添加一个唯一字段（如订单号、交易编号）；
• 插入时利用唯一索引防止重复插入。

CREATE TABLE orders (
    id BIGINT PRIMARY KEY,
    order_no VARCHAR(50) UNIQUE NOT NULL,
    ...
);

3. 乐观锁（CAS）

适用于更新类操作，比如库存扣减、余额变更。

实现方式：

• 使用版本号（version）或时间戳；
• 更新前检查版本号是否匹配，匹配才允许修改。

UPDATE inventory SET stock = stock - 1, version = version + 1
WHERE product_id = 1001 AND version = 5;

如果更新行数为 0，说明已被其他请求修改过，当前操作可视为重复请求。

4. Token 校验

在用户登录后，服务端发放一次性 Token，客户端提交请求时带上此 Token，服务端验证 Token 是否有效。

适用于高并发场景下防止重复提交。

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五、幂等性设计注意事项

注意事项	说明
不要滥用幂等性	有些操作本来就不适合幂等，如实时查询、日志记录等；
唯一标识生命周期	请求 ID 的缓存不宜过长，避免占用过多内存；
结合业务逻辑设计	幂等性要根据实际业务需求定制，不能一刀切；
日志记录	对于幂等跳过的请求也要记录日志，便于排查问题；
异常处理	幂等处理失败时要返回明确的状态码，如 409 Conflict 或自定义错误码；

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六、常见误区

误区	正确理解
“幂等就是不能重复请求”	错误，幂等允许重复请求，只是结果不变
“GET 方法一定幂等”	大部分情况是的，但如果返回结果依赖上下文（如 session、时间戳）就不是
“POST 无法实现幂等”	错误，可以通过唯一 ID、Token 等方式实现幂等 POST
“幂等能解决所有并发问题”	错误，还需要配合锁、事务、CAS 等机制一起使用

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七、总结

特点	内容
目标	防止重复请求带来的副作用
关键	识别重复请求、控制执行次数
工具	Redis、数据库、Token、Version 控制
应用	API 设计、消息队列、微服务通信、支付系统等

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