隨著微服務(wù)與云原生技術(shù)的普及，分布式系統(tǒng)已成為現(xiàn)代軟件架構(gòu)的主流。然而，系統(tǒng)的分布式特性也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，尤其是在網(wǎng)絡(luò)延遲、請(qǐng)求重試、并發(fā)操作等復(fù)雜場(chǎng)景下，如何保證數(shù)據(jù)的一致性、操作的正確性以及服務(wù)的可用性，成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心難點(diǎn)。本文將介紹分布式架構(gòu)下的2個(gè)關(guān)鍵穩(wěn)定性保障機(jī)制：請(qǐng)求防重和接口冪等性。

1、分布式請(qǐng)求防重策略與技術(shù)

在分布式環(huán)境中，由于客戶端重試、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、網(wǎng)關(guān)超時(shí)重發(fā)或消息隊(duì)列的重投機(jī)制，同一個(gè)請(qǐng)求可能會(huì)多次到達(dá)服務(wù)端。請(qǐng)求防重的核心目標(biāo)是識(shí)別并丟棄這些重復(fù)的請(qǐng)求，確保一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯在面對(duì)完全相同的多次請(qǐng)求時(shí)，僅被有效執(zhí)行一次。這不僅可以避免數(shù)據(jù)冗余和錯(cuò)誤，也是實(shí)現(xiàn)接口冪等性的重要前提。

1.1 唯一請(qǐng)求ID與防重表

這是一種基于數(shù)據(jù)庫(kù)或持久化存儲(chǔ)的強(qiáng)一致性防重方案，其核心思想是為每一次業(yè)務(wù)操作生成一個(gè)全局唯一的標(biāo)識(shí)符，并在處理前進(jìn)行校驗(yàn)。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上要求調(diào)用方在發(fā)起請(qǐng)求時(shí)，攜帶一個(gè)全局唯一的請(qǐng)求ID。服務(wù)端在接收到請(qǐng)求后，首先會(huì)嘗試將這個(gè)請(qǐng)求ID插入到一個(gè)專用的“防重表”中。這個(gè)表的關(guān)鍵在于為請(qǐng)求ID字段設(shè)置了唯一性約束。具體流程如下：

• 生成ID：客戶端或上游服務(wù)在發(fā)起寫操作請(qǐng)求前，生成一個(gè)全局唯一的request_id。
• 攜帶ID請(qǐng)求：客戶端將request_id連同業(yè)務(wù)參數(shù)一同發(fā)送至服務(wù)端。
• 原子化插入校驗(yàn)：服務(wù)端在執(zhí)行核心業(yè)務(wù)邏輯之前，嘗試執(zhí)行INSERT INTO deduplication_table (request_id) VALUES (?)。
• 結(jié)果判斷與處理：a) 如果插入成功，說(shuō)明這是一個(gè)新的請(qǐng)求。服務(wù)端繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的業(yè)務(wù)邏輯。b) 如果插入失敗并拋出唯一鍵沖突的異常，則證明該request_id已被處理過(guò)。服務(wù)端捕獲此異常，識(shí)別為重復(fù)請(qǐng)求，直接丟棄或返回先前處理的結(jié)果，不再執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯 。

圖片

該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是在于其極高的可靠性，能夠利用數(shù)據(jù)庫(kù)的ACID特性，從根本上保證數(shù)據(jù)操作的唯一性。缺點(diǎn)就是每次請(qǐng)求都需要進(jìn)行一次數(shù)據(jù)庫(kù)寫入操作，那么數(shù)據(jù)庫(kù)容易成為整個(gè)系統(tǒng)的性能瓶頸，尤其是在高并發(fā)場(chǎng)景下 。同時(shí)，需要考慮防重表的清理機(jī)制，以避免其無(wú)限增長(zhǎng)。通常不會(huì)單獨(dú)設(shè)計(jì)防重表，而是在表設(shè)計(jì)的時(shí)候定義唯一鍵做防重。

1.2 分布式鎖

分布式鎖可以有效控制并發(fā)，通過(guò)確保在分布式系統(tǒng)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中某個(gè)關(guān)鍵代碼塊在同一時(shí)間只能被一個(gè)線程執(zhí)行，從而間接實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求防重。

實(shí)現(xiàn)原理也很簡(jiǎn)單，當(dāng)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，服務(wù)端會(huì)根據(jù)請(qǐng)求中的業(yè)務(wù)關(guān)鍵信息組合成一個(gè)唯一的鎖key。然后，服務(wù)嘗試去獲取這個(gè)key對(duì)應(yīng)的分布式鎖。具體流程如下：

• 構(gòu)造鎖Key：服務(wù)端根據(jù)請(qǐng)求參數(shù)生成一個(gè)唯一的鎖標(biāo)識(shí)，例如 lock:payment:order_id_123。
• 嘗試加鎖： 服務(wù)嘗試使用Redis的SETNX命令或Zookeeper的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)等機(jī)制來(lái)獲取該鎖 。
• 結(jié)果判斷與處理：a) 如果成功獲取鎖，表明當(dāng)前沒(méi)有其他請(qǐng)求在處理此項(xiàng)業(yè)務(wù)。服務(wù)端開(kāi)始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，并在完成后釋放鎖。b) 如果獲取鎖失敗，則說(shuō)明已有另一個(gè)線程或進(jìn)程正在處理，當(dāng)前請(qǐng)求被視為重復(fù)，應(yīng)立即返回或丟棄

分布式鎖的核心優(yōu)勢(shì)在于控制并發(fā)，特別適合“處理中”狀態(tài)的防重，防止對(duì)同一資源的并發(fā)修改。技術(shù)實(shí)現(xiàn)上可以通過(guò)Redis，也可以通過(guò)Zookeeper的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)完成。但其缺點(diǎn)是增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要處理鎖的超時(shí)、續(xù)期和安全釋放等問(wèn)題，否則可能導(dǎo)致死鎖。鎖的粒度設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，過(guò)大的粒度會(huì)降低系統(tǒng)吞吐量。

1.3 令牌機(jī)制

令牌機(jī)制主要用于防止客戶端因用戶誤操作（如快速點(diǎn)擊提交按鈕）或前端邏輯不完善導(dǎo)致的表單重復(fù)提交。在實(shí)現(xiàn)上分為兩個(gè)階段：獲取令牌和使用令牌。服務(wù)端為即將發(fā)生的寫操作預(yù)先生成一個(gè)一次性的、唯一的令牌。具體流程如下：

1. 申請(qǐng)令牌：用戶訪問(wèn)表單頁(yè)面時(shí)，客戶端向服務(wù)端發(fā)起一個(gè)獲取令牌的請(qǐng)求。
2. 頒發(fā)并存儲(chǔ)令牌：服務(wù)端生成一個(gè)唯一Token（如UUID），將其存儲(chǔ)在Redis等高速緩存中并設(shè)置較短的過(guò)期時(shí)間，然后將Token返回給客戶端 。客戶端通常將此Token存放在表單的隱藏域中。
3. 提交時(shí)攜帶令牌：用戶提交表單時(shí)，請(qǐng)求中必須攜帶此Token。
4. 原子化驗(yàn)簽與銷毀：服務(wù)端接收請(qǐng)求后，會(huì)使用原子操作（如Redis+Lua腳本）來(lái)驗(yàn)證并刪除該Token。a) 如果Token存在且被成功刪除，則處理業(yè)務(wù)邏輯。b) 如果Token不存在（已被其他請(qǐng)求消耗或已過(guò)期），則判定為重復(fù)提交，拒絕處理 。

圖片

令牌機(jī)制能有效攔截來(lái)自前端的重復(fù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。但它要求前端進(jìn)行配合，增加了前后端的交互次數(shù)。

1.4 狀態(tài)機(jī)約束

對(duì)于有明確生命周期和狀態(tài)流轉(zhuǎn)的業(yè)務(wù)對(duì)象（如訂單、工單），可以利用狀態(tài)機(jī)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)防重。其核心思想是業(yè)務(wù)操作必須遵循預(yù)設(shè)的狀態(tài)流轉(zhuǎn)路徑。任何不符合當(dāng)前狀態(tài)的遷移動(dòng)作都被視為非法或重復(fù)操作。具體流程如下：

• 定義狀態(tài)：為業(yè)務(wù)對(duì)象定義清晰的狀態(tài)集（如訂單狀態(tài)：待支付、已支付、已發(fā)貨、已完成、已取消）。
• 接收操作請(qǐng)求：服務(wù)端接收到一個(gè)改變狀態(tài)的請(qǐng)求，例如“支付訂單”。
• 校驗(yàn)當(dāng)前狀態(tài)：在執(zhí)行操作前，從數(shù)據(jù)庫(kù)或緩存中讀取訂單的當(dāng)前狀態(tài)。
• 判斷狀態(tài)遷移合法性：a) 如果當(dāng)前訂單狀態(tài)是“待支付”，則“支付”操作是合法的。服務(wù)端繼續(xù)執(zhí)行支付邏輯，并將狀態(tài)更新為“已支付”。為了防止并發(fā)下的狀態(tài)沖突，通常會(huì)結(jié)合樂(lè)觀鎖（版本號(hào)）進(jìn)行更新。b) 如果當(dāng)前訂單狀態(tài)已經(jīng)是“已支付”，則再次收到的“支付”請(qǐng)求就是重復(fù)請(qǐng)求，應(yīng)直接拒絕 。

狀態(tài)機(jī)方案與業(yè)務(wù)邏輯緊密結(jié)合，邏輯清晰，實(shí)現(xiàn)優(yōu)雅且非常可靠 。它不僅能防重，還能保證業(yè)務(wù)流程的正確性。其主要局限在于適用場(chǎng)景，僅限于那些可以被清晰地建模為有限狀態(tài)機(jī)的業(yè)務(wù)流程。

2、分布式接口冪等性實(shí)現(xiàn)策略與技術(shù)

冪等性是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，是指一個(gè)操作無(wú)論執(zhí)行一次還是執(zhí)行多次，其產(chǎn)生的影響和結(jié)果都是相同的。在分布式系統(tǒng)中，由于網(wǎng)絡(luò)不可靠導(dǎo)致的重試是常態(tài)，保證寫操作的冪等性對(duì)于避免數(shù)據(jù)錯(cuò)亂、資金損失等嚴(yán)重問(wèn)題至關(guān)重要。

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)唯一約束

通過(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)表上為能夠唯一標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)的字段（或字段組合）建立唯一索引，來(lái)利用數(shù)據(jù)庫(kù)自身的機(jī)制阻止重復(fù)數(shù)據(jù)的插入。具體流程如下：

• 識(shí)別唯一業(yè)務(wù)鍵：在設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)時(shí)，確定一個(gè)能唯一標(biāo)識(shí)一筆交易或一個(gè)實(shí)體的字段。
• 創(chuàng)建唯一索引：為該字段創(chuàng)建UNIQUE INDEX。
• 執(zhí)行插入操作：當(dāng)服務(wù)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新記錄時(shí)，直接執(zhí)行INSERT。
• 處理執(zhí)行結(jié)果：a) 第一次請(qǐng)求，INSERT成功，數(shù)據(jù)被創(chuàng)建。b) 后續(xù)的重試請(qǐng)求，由于transaction_id已存在，INSERT會(huì)失敗，數(shù)據(jù)庫(kù)返回唯一鍵沖突錯(cuò)誤。應(yīng)用層捕獲此錯(cuò)誤后，即可判定這是一個(gè)重復(fù)的創(chuàng)建操作，從而保證了“創(chuàng)建”這一行為的冪等性 。

圖片

該方案簡(jiǎn)單、高效，且保證了最終一致性，但它主要適用于INSERT場(chǎng)景。對(duì)于UPDATE操作，需要借助其他策略。同時(shí)，在高并發(fā)寫入場(chǎng)景下，唯一索引的沖突檢查可能會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)性能造成一定壓力。

2.2 樂(lè)觀鎖/版本號(hào)機(jī)制

樂(lè)觀鎖是實(shí)現(xiàn)UPDATE操作冪等性的經(jīng)典方案。它假設(shè)在操作期間數(shù)據(jù)不會(huì)被其他事務(wù)所修改，直到提交時(shí)才進(jìn)行檢查。該策略通常通過(guò)在數(shù)據(jù)表中增加一個(gè)version（版本號(hào)）或timestamp（時(shí)間戳）字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體流程如下：

• 讀取數(shù)據(jù)與版本號(hào)：SELECT data, version FROM my_table WHERE id = ?;。
• 執(zhí)行業(yè)務(wù)計(jì)算：在內(nèi)存中根據(jù)讀取的data進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯計(jì)算。
• 帶版本號(hào)更新：提交更新時(shí)，在UPDATE語(yǔ)句的WHERE子句中加入對(duì)版本號(hào)的檢查：UPDATE my_table SET data = ‘new_data’, version = version + 1 WHERE id = ? AND version = ‘old_version’;。
• 檢查更新結(jié)果：a) 如果UPDATE影響的行數(shù)為1，說(shuō)明在操作期間沒(méi)有其他請(qǐng)求修改過(guò)數(shù)據(jù)，更新成功。b) 如果影響的行數(shù)為0，說(shuō)明version已被其他請(qǐng)求改變，當(dāng)前操作基于的是舊數(shù)據(jù)。此時(shí)，可以判定為冪等沖突（或并發(fā)沖突），應(yīng)放棄本次修改或重新讀取數(shù)據(jù)重試 。

圖片

樂(lè)觀鎖避免了悲觀鎖長(zhǎng)時(shí)間的資源鎖定，因此在高并發(fā)讀多寫少的場(chǎng)景下有很好的性能表現(xiàn)。它能有效解決UPDATE操作的冪等問(wèn)題。缺點(diǎn)是增加了業(yè)務(wù)邏輯的復(fù)雜性，應(yīng)用層需要處理更新失敗后的重試邏輯。

2.3 全局冪等令牌

該策略將冪等校驗(yàn)邏輯與業(yè)務(wù)邏輯解耦，適用于INSERT、UPDATE和DELETE等多種操作。這里的令牌代表的是一個(gè)完整的業(yè)務(wù)操作，而不僅僅是一次HTTP提交。

• 生成令牌：調(diào)用方（客戶端或其他服務(wù)）在發(fā)起一個(gè)需要保證冪等的業(yè)務(wù)操作前，需生成一個(gè)全局唯一的冪等令牌idempotency_key。
• 攜帶令牌請(qǐng)求：將idempotency_key通過(guò)請(qǐng)求頭或請(qǐng)求體傳遞給服務(wù)端。
• 原子化檢查與鎖定：服務(wù)端收到請(qǐng)求后，以idempotency_key為鍵，使用原子命令（如Redis的SET key value NX EX）嘗試在共享緩存中創(chuàng)建一個(gè)占位記錄。
• 處理流程：a) 首次請(qǐng)求：SET成功，表明這是此idempotency_key的第一次請(qǐng)求。服務(wù)開(kāi)始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。執(zhí)行完畢后，可以將執(zhí)行結(jié)果存入緩存，與idempotency_key關(guān)聯(lián)，并為該key設(shè)置一個(gè)更長(zhǎng)的過(guò)期時(shí)間 。b) 重試請(qǐng)求：SET失敗，表明該idempotency_key已存在。服務(wù)端可以直接從緩存中查詢并返回上一次的執(zhí)行結(jié)果，從而保證了冪等性 。

圖片

該方案非常靈活，不侵入核心業(yè)務(wù)表的結(jié)構(gòu)，且能夠通過(guò)返回緩存結(jié)果來(lái)優(yōu)化重試請(qǐng)求的體驗(yàn)。它依賴于一個(gè)高可用的分布式緩存系統(tǒng)（如Redis）。令牌的生成、傳遞和存儲(chǔ)管理也引入了額外的系統(tǒng)復(fù)雜性

2.4 狀態(tài)機(jī)流轉(zhuǎn)控制

通過(guò)嚴(yán)格控制業(yè)務(wù)實(shí)體的狀態(tài)流轉(zhuǎn)，確保操作只能在特定狀態(tài)下執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)冪等。這與防重部分的狀態(tài)機(jī)原理一致，但在冪等性語(yǔ)境下，更強(qiáng)調(diào)操作對(duì)最終狀態(tài)的影響是唯一的。一個(gè)操作是否執(zhí)行，取決于業(yè)務(wù)實(shí)體當(dāng)前的狀態(tài)是否允許該操作發(fā)生。

• 加載實(shí)體與狀態(tài)：接收到操作請(qǐng)求后，加載業(yè)務(wù)實(shí)體及其當(dāng)前狀態(tài)。
• 驗(yàn)證狀態(tài)轉(zhuǎn)移：根據(jù)預(yù)定義的狀態(tài)機(jī)模型，判斷當(dāng)前狀態(tài)是否允許執(zhí)行請(qǐng)求的操作。例如，只有在“待發(fā)貨”狀態(tài)下，才能執(zhí)行“發(fā)貨”操作。
• 執(zhí)行與狀態(tài)更新：a) 如果狀態(tài)轉(zhuǎn)移合法，則執(zhí)行業(yè)務(wù)操作，并原子性地（通常結(jié)合樂(lè)觀鎖）將實(shí)體更新到下一個(gè)狀態(tài)。b) 如果狀態(tài)轉(zhuǎn)移非法，則直接拒絕操作，返回錯(cuò)誤信息。因?yàn)闊o(wú)論多少次非法的操作請(qǐng)求，都不會(huì)改變實(shí)體的當(dāng)前狀態(tài)，從而保證了冪等性 。

狀態(tài)機(jī)是與業(yè)務(wù)領(lǐng)域模型高度耦合的冪等實(shí)現(xiàn)方式，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，一旦模型建立，冪等性就有了天然的保障。其缺點(diǎn)是適用范圍有限，主要用于具有明確、有限狀態(tài)的業(yè)務(wù)流程。對(duì)于無(wú)狀態(tài)的通用接口，此方法不適用。

分布式系統(tǒng)的健壯性需要將防重和冪等作為架構(gòu)設(shè)計(jì)的核心考量。請(qǐng)求防重是數(shù)據(jù)正確性的保障，通過(guò)唯一ID、分布式鎖、令牌和狀態(tài)機(jī)等手段，可以有效過(guò)濾掉意外的重復(fù)請(qǐng)求；接口冪等性保證了在不可靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，利用數(shù)據(jù)庫(kù)約束、樂(lè)觀鎖、全局令牌和狀態(tài)機(jī)，可以確保重試操作不會(huì)產(chǎn)生非預(yù)期的副作用。