使用 Inbox 模式实现幂等性

不久前，我写过关于 Outbox 模式 的文章。现在，是时候谈谈它不可或缺的搭档：Inbox 模式了。

理解消息投递保证

在深入探讨 Inbox 模式之前，我们先明确分布式系统中三种核心的消息投递语义：

最多一次（At-most-once）

在此模型中，消息最多被投递一次——可能成功，也可能丢失，但绝不会重复。该模型没有确认（ACK）机制，如果消息因崩溃、超时或网络问题未能被处理，就会直接丢失。

这种语义常见于轻量级或内存中的消息系统。例如，NATS（在其核心模式下）默认就采用最多一次的投递方式。

权衡点：实现简单，但可靠性较低——除非发送方自行重试，否则消息可能永久丢失。

至少一次（At-least-once）

该模型保证消息至少会被投递一次。如果消费者未发送 ACK，消息代理（broker）会不断重试投递——可能多次。

这是大多数生产级消息中间件的默认行为，比如 RabbitMQ、AWS SQS、RocketMQ，以及 Kafka（在关闭自动提交 offset 的情况下）。

权衡点：你必须确保消息处理器是幂等的，因为重复投递不可避免——尤其是在处理时间超过可见性超时或 ACK 超时时。

恰好一次（Exactly-once）

这是消息投递的“圣杯”：每条消息恰好被处理一次，既无丢失，也无重复。

尽管 Kafka（配合幂等生产者和事务型消费者）等系统声称支持“恰好一次”语义，但在异构服务之间实现端到端的真正“恰好一次”投递极其困难。它通常需要消息层与应用逻辑紧密协作（例如通过事务性写入和去重机制）。

现实情况：大多数系统实际上是通过“至少一次投递 + 幂等处理”来模拟“恰好一次”——而这正是 Inbox 模式 大放异彩的地方。

问题：可靠消费的挑战

让我们聚焦于广泛使用的“至少一次”投递语义。实践中常遇到两大挑战：

1.  处理缓慢导致重复：某条消息处理时间很长。单纯延长可见性超时并不总是可行。一旦处理时间超过超时阈值，消息代理就会重新投递，导致业务逻辑被重复执行。
2. 流式消费中的“毒丸”问题：在 Kafka 等流式系统中，一条处理失败的消息（毒丸）可能阻塞整个分区。在解决该消息前，你无法继续消费后续消息，导致整个应用停滞。

如何在这些场景下实现幂等且具有弹性的消息处理？答案就是 **Inbox 模式**。

解法：Inbox 模式

Inbox 模式提供了一种实现幂等消费的机制。其核心思想是：将数据库作为可靠、权威的入站消息日志。

具体工作流程如下：

1. 收到消息后，第一步是在数据库（如 PostgreSQL、MySQL）中一个专用的 inbox 表中持久化该消息，且该操作与任何初始业务数据变更处于同一个数据库事务中。
2. 消息记录包含一个唯一标识（如 message_id）。
3. 在处理消息前，系统先查询 inbox 表，检查该 ID 的消息是否已被处理（或正在处理）。
4. 如果是重复消息，则直接确认（ACK）并忽略。

这种方式优雅地解决了前述问题：

• 针对问题 #1（重复投递）：inbox 表充当幂等性过滤器。即使同一条消息被多次投递，也只会被处理一次。
• 针对问题 #2（毒丸阻塞）：在流式系统中，你可以先 ACK 有问题的消息以解除队列阻塞。待问题修复后，重置流或偏移量进行重放。Inbox 模式会自动跳过之前已成功处理的消息。

权衡与考量

没有银弹。Inbox 模式也带来了一些代价：

• 性能开销：每条消息都需要一次数据库写入和一次查询，增加了延迟。
• 架构复杂性：需额外管理 inbox 表和后台处理器。
• 数据库瓶颈：在极高吞吐量下，数据库可能成为性能瓶颈。
• 存储开销：inbox 表可能迅速膨胀，需制定保留策略或归档机制。

工具与实现

好消息是，Inbox 模式已被广泛支持。你很可能在所用编程语言的生态中找到现成框架。若没有，其核心逻辑也相对简单，可自行实现。

对于 .NET 开发者，Brighter 项目对 Inbox 和 Outbox 模式提供了优秀的内置支持。

结语

Inbox 模式是构建弹性事件驱动系统的重要工具。通过将数据库作为保护层，它确保了幂等处理，并能优雅应对各种故障场景。尽管引入了一定复杂性，但对关键业务流程而言，这种“无重复、不丢失”的处理保障价值巨大。当你使用 Outbox 模式确保可靠发送时，请务必搭配 Inbox 模式以实现可靠消费。

参考资料

- https://event-driven.io/en/outbox_inbox_patterns_and_delivery_guarantees_explained/  
- https://newsletter.systemdesignclassroom.com/p/every-outbox-needs-an-inbox