封装一个koa分布式锁中间件来解决幂等或重复请求的问题

在后端并不是写完一个接口的业务逻辑就能投入使用的，接口的优化更是一个难点与麻烦之处（下面的内容我们不考虑前端的处理，因为不能完全靠前端，前后端都需要做自己的处理工作）

1.幂等性：

所谓幂等性是指一个接口不论发送多少个相同请求，最后都会产生相同的结果

例如： 根据Restful API接口规范：把CRUD分为get(查询),post(新增),delete(删除),put(修改)

• GET:查询条件下，不论用户对数据库查询多少次，都不会对数据库的数据造成，所以这天生就是一个幂等接口

• POST:新增条件下，如果用户多次发送相同的增加请求，那么数据库将会添加多条相同的记录，所以是一个非幂等接口

• PUT:分为两种情况

1.绝对修改： 如果是修改绝对值，例如修改一条name为张三的记录，我多次修改最后造成的结果都是一样的（只有一条张三的结果被删除），所以这是一个幂等接口
2.相对修改： 如果是修改相对值，例如修改一张表中score最高的记录（select top 1 score from xxx），我多次修改最后造成的结果是不一样的，你发送几次接口，我就会删除几次最高的，所以这是一个非幂等接口

• DELETE:也分为两种情况（与PUT相同，就不介绍了，也是相对与绝对的问题）

所以为了安全性，后端会采用许多方式解决幂等问题，将非幂等的接口转化为幂等接口

2.并发：

用户发送请求的时间并不是有规律的，有可能是按顺序一个接一个有序地执行，也有可能在很短时间内发送多个请求抢占同一资源，由于处理请求是异步的，所以不能保证每个都按顺序有序输出，并发也可以细分成两种

1.多个用户抢占同一资源： 例如：100个人短时间内预约同一个医生，但是医生只能被预约一次，这个时候就会产生高并发，我们必须采取措施保证只有第一个发起请求的能预约到这个医生，后面99个都返回预约失败（不是返回请求出错），这时候可以采用阻塞性（多个请求按照顺序排队等待处理）的互斥锁（相同时间内只有一个请求能够获取到锁，其他的请求排队等处理完解锁后再获取），保证这100个请求按顺序转为同步（虽然效率会降低，但是保证了正确性）

1.单个用户抢占自己的同一资源： 这里单个用户的并发一般体现在重复请求，但不是完全的参数相同，比如用户短时间内发起两个参数不同的请求修改自己的个人资料（举个例子，实际情况还是很少的，因为前端会采取遮罩层等措施防止用户的这这种行为），但是请求处理是异步的，可能突然受到网络原因，虽然发送顺序是先1后2，但是返回的顺序是先2后1，这样正确性就有问题了，此时可以设置非阻塞性（只有第一个请求上锁然后进行处理，后面的请求全部报错，同一返回服务器繁忙，且不排队等待处理，直接失败）的互斥锁提醒用户已经有请求在处理，不要发送多个请求

3.高并发：

高并发是并发的是一种程度的体现，极短的时间内产生了海量的并发请求就是高并发，比如双十一抢购，所以就有了分布式架构（分布式系统，就是一个业务拆分成多个子业务，分布在不同的服务器节点，共同构成的系统称为分布式系统）的出现，一个服务器处理海量的并发压力会巨大甚至宕机，所以分布在不同的服务器节点减轻单一服务器的压力

4.进程锁<线程锁<分布式锁：

• 进程锁：

当某个方法或者代码块使用锁时，在同一时刻之多仅有一个线程在执行该段代码（nodejs的同步代码（异步代码除外）是单进程的，所以无需进程锁）

• 线程锁：

为了控制同一操作系统中多个进程访问一个共享资源，只是因为程序的独立性，各个进程是无法控制其他进程对资源的访问的，但是可以使用本地系统的信号量控制

• 分布式锁：

当多个进程不在同一个系统之中时，使用分布式锁控制多个进程对资源的访问（可以理解为线程锁就就是只有单例的分布式锁）

三锁的范围：进程锁<线程锁<分布式锁

三锁作用都是一样的,只是作用的范围大小不同

实战环节：了解了那么多理论知识，下面我来实践一个nodejs中分布式锁的中间件封装解决接口幂等问题

• 为什么用分布式锁：

1.nodejs已经有现成的redlock（以redlock分布式锁算法名字命名）包来解决分布式锁的问题，就不用自己再写redlock的算法，只需要二次封装为一个中间件，具体redis分布式锁的实现可以去看其他人的文章 2.分布式锁范围最大，既可以用于单例也可以用于分布式，这里我是单例实现，自己的小项目也用不着分布式系统

1.在npm官网找到ioredis和redlock两个包

• redlock：nodejs中redlock的实现

• ioredis：集群式redis的实现（上面的redlock必须要ioredis才行，不能用单例的redis包，但是可以在ioredis配置单例redis，总之ioredis就是一个功能更加强大的redis包）

2.配置ioredis和redlock

• ioredis：

思路：创建一个class类，把所有redis的操作和初始化封装到Redis这个类中，最后实例化导出供其他地方使用

import ioredis from 'ioredis'
import { REDIS_CONF } from '../config/db'
const { password, port, host } = REDIS_CONF
class Redis {
 client
 constructor() {
   this.client = new ioredis({
     port,
     host,
     password
   })
   this.client.on('error', (err) => console.log(err))
 }
 //添加数据
 async set(key: string, value: any, time?: number | string) {
   //判断value值是否是对象类型
   if (typeof value === 'object') {
     value = JSON.stringify(value)
   }
   //time为过期时间，可选
   if (time) {
     await this.client.set(key, value, 'EX', time)
   } else {
     await this.client.set(key, value)
   }
 }
 async get(key: string) {
   const data = await this.client.get(key)
   return data
 }
 async delete(key: string) {
   await this.client.del(key)
 }
}

const redis = new Redis()
export default redis

注意事项：

• 1.redis必须要先安装到你的电脑并配置完并且开启服务才能使用，具体redis安装，配置，开启服务实现自行百度

• 2.如果你要设置redis密码，必须先把redis配置完密码才能用（自行百度redis如何配置密码），不然直接在nodejs使用连接会报auth错

• 3.redis 6.0.0以下不支持用户名，只需要设置密码即可，如果你真的要用户名自行百度配置，但是我觉得一个机子一个redis就够了，用户名有点多此一举了

• redlock:

import Redlock from 'redlock'
import redis from './redis'
const redlock = new Redlock([redis.client], {  retryCount: 0 })
export default redlock

注意事项：
1.new Redlock实例的时候第一个参数传入一个数组，里面每一项是ioredis的实例，如果像我一样不需要分布式，传入一个实例即可，后面是传入的配置具体查看其文档，此处retryCount表示获取锁失败的时候重试的次数，根据官方的解释，这里的retryCount设置为0够用了，如下图官方解释

3.封装一个分布式锁中间件

import { Middleware } from 'koa'
import { Lock } from 'redlock'
import redlock from '../db/redlock'
import { error } from '../utils/Response'
//这里isByUser为true则由用户id+请求地址作为key上锁，即：此接口不允许一个用户同时更改同一资源（参数不同也不行）
//isByUser默认为false则由全部参数+用户id+地址作为key上锁,即：此接口不允许一个用户同时以同一参数更改同一资源（拦截重复请求）
const idempotent = (isByUser: boolean = false) => {
  const Redlock: Middleware = async (ctx, next) => {
    let id: string
    //这里的ctx.user是我之前配置的中间件，用于解析用户携带token的参数，来辨别用户和获取用户参数，里面存放用户的个人信息
    //有的接口不需要鉴权认证,所以ctx.user.id就会报错则id以空字符串输出
    /*这里为什么要解析出id而不是直接拿token呢？因为一个用户可以有多个token，但一个用户只有一个id
    如果拿token作为标识，不同token的同一用户也会成功上锁，就形成了一个用户多次获得了锁的情况
    但由于id的独立性，所以id不同，就表示为不同的用户了
    */
    try {
      id = ctx.user.id
    } catch (error) {
      id = ''
    }
    let lock: Lock | null = null
    try {
      if (isByUser) {
        //上锁
        lock = await redlock.acquire([`${id}:${ctx.URL}`], 10000)
      } else {
        const body = JSON.stringify(ctx.request.body)
        console.log(`${id}:${ctx.URL}:${body}`)

        lock = await redlock.acquire([`${id}:${ctx.URL}:${body}`], 10000)
      }
    } catch (err) {
      //如果抛出错误表示上锁失败，表示有重复请求正在操作
      //这里的error()函数是我封装的返回错误的函数里面调用了ctx.throw所以报错会立即返回，后面的next不会继续进行
      error(ctx, 500, '请求正在进行,请勿重复提交')
    }
    await next()
    //后面的中间件全部执行完就可以释放锁了
    await lock!.release()
  }
  return Redlock
}
export default idempotent

4.使用环节（测试验收）

设置了一个测试路由：在路由处理前添加我们设计的中间件idempotent,不传入参数isByUser默认为false，即全部参数相同就拦截，路由处理没什么，就是等待两秒之后成功输出一句话

• 一个线程发送两次相同请求（等待第一次处理完再发送第二个）

第一次：

第二次：

可以看到两次没有任何影响，都是延迟了2s后成功返回

• 多个线程分别发送一次相同请求（并发）

这里用多个api接口管理工具短时间内轮流发送（处理一个请求需要2s，所以只要在2s之内发送另一个即可）来模拟并发

第一个请求：

第二个请求：

两张图你们很难看出真实情况，但是我我能看到，第一次请求两秒后返回了成功，第二次请求很短时间内直接返回错误（获取不到锁了，代表有重复请求在进行）

这里只给你们演示了一下无参数，无token的情况已经成功了，我之后也测试了isByUser和有无token的有效性，只是没有放出来，但也是没有问题的，isByUser是我认为比较常用的两种情况：全部参数和用户id+接口地址的判断方式，如果有其它想法，也可以自定义传入自己想锁定的key由什么参数决定，这里你们就二次封装即可，我个人感觉isByUser已经够用了

5.一个简单的koa分布式锁中间件就封装好了

注意事项：

• redlock算法并非绝对安全，如果过期时间设置的太短（小于接口处理时间）会出现接口还没处理完就自动释放锁了，然后出现其他线程也可以获取到锁，就失去了安全性（Java中的redisson里有个watchdog自动续期可以解决这个问题，但是这里是nodejs，目前没有发现封装好watchdog机制的分布式锁包，有能力的也可以自己封装，我是能力不够，还是把过期时间设置的稍微长一点好了，但太长也会有其他弊端）
• 这里的redlock是非阻塞性的，上文已经提到，如果获取不到锁会自动报错，请求直接失效而不是排队等候解锁再执行，如果需要阻塞性，可以自己封装，但是我推荐一个其他的包：async-lock这是一个阻塞性的处理方式，可以形成异步队列按顺序执行而不是非阻塞性地直接抛出错误