一、什么是幂等性
简单来说，就是对一个接口执行重复的多次请求，与一次请求所产生的结果是相同的，听起来非常容易理解，但要真正的在系统中要始终保持这个目标，是需要很严谨的设计的，在实际的生产环境下，我们应该保证任何接口都是幂等的，而如何正确的实现幂等，就是本文要讨论的内容。
二、哪些请求天生就是幂等的
首先，我们要知道查询类的请求一般都是天然幂等的，除此之外，删除请求在大多数情况下也是幂等的，但是ABA场景下除外。
举一个简单的例子
比如，先请求了一次删除A的操作，但由于响应超时，又自动请求了一次删除A的操作，如果在两次请求之间，又插入了一次A，而实际上新插入的这一次A，是不应该被删除的，这就是ABA问题，不过，在大多数业务场景中，ABA问题都是可以忽略的。
除了查询和删除之外，还有更新操作，同样的更新操作在大多数场景下也是天然幂等的，其例外是也会存在ABA的问题，更重要的是，比如执行update table set a = a + 1 where v = 1这样的更新就非幂等了。
最后，就还剩插入了，插入大多数情况下都是非幂等的，除非是利用数据库唯一索引来保证数据不会重复产生。
三、为什么需要幂等
1.超时重试
当发起一次RPC请求时，难免会因为网络不稳定而导致请求失败，一般遇到这样的问题我们希望能够重新请求一次，正常情况下没有问题，但有时请求实际上已经发出去了，只是在请求响应时网络异常或者超时，此时，请求方如果再重新发起一次请求，那被请求方就需要保证幂等了。
2.异步回调
异步回调是提升系统接口吞吐量的一种常用方式，很明显，此类接口一定是需要保证幂等性的。
3.消息队列
现在常用的消息队列框架，比如：Kafka、RocketMQ、RabbitMQ在消息传递时都会采取At least once原则（也就是至少一次原则，在消息传递时，不允许丢消息，但是允许有重复的消息），既然消息队列不保证不会出现重复的消息，那消费者自然要保证处理逻辑的幂等性了。
四、实现幂等的关键因素
关键因素1
幂等唯一标识，可以叫它幂等号或者幂等令牌或者全局ID，总之就是客户端与服务端一次请求时的唯一标识，一般情况下由客户端来生成，也可以让第三方来统一分配。
关键因素2
有了唯一标识以后，服务端只需要确保这个唯一标识只被使用一次即可，一种常见的方式就是利用数据库的唯一索引。
五、注解实现幂等性
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定义DistributedLock注解
@Target({ElementType.METHOD}) @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) @Documented public @interface DistributedLock { /** * 保证业务接口的key的唯一性，否则失去了分布式锁的意义 锁key * 支持使用spEl表达式 */ String key(); /** * 保证业务接口的key的唯一性，否则失去了分布式锁的意义 锁key 前缀 */ String keyPrefix() default ""; /** * 是否在等待时间内获取锁，如果在等待时间内无法获取到锁，则返回失败 */ boolean tryLok() default false; /** * 获取锁的最大尝试时间 ，会尝试tryTime时间获取锁，在该时间内获取成功则返回，否则抛出获取锁超时异常，tryLok=true时，该值必须大于0。 * */ long tryTime() default 0; /** * 加锁的时间，超过这个时间后锁便自动解锁 */ long lockTime() default 30; /** * tryTime 和 lockTime的时间单位 */ TimeUnit unit() default TimeUnit.SECONDS; /** * 是否公平锁，false:非公平锁，true:公平锁 */ boolean fair() default false; } -
定义DistributedLockAspect Lock切面
@Aspect @Slf4j public class DistributedLockAspect { @Resource private IDistributedLock distributedLock; /** * SpEL表达式解析 */ private SpelExpressionParser spelExpressionParser = new SpelExpressionParser(); /** * 用于获取方法参数名字 */ private DefaultParameterNameDiscoverer nameDiscoverer = new DefaultParameterNameDiscoverer(); @Pointcut("@annotation(com.yt.bi.common.redis.distributedlok.annotation.DistributedLock)") public void distributorLock() { } @Around("distributorLock()") public Object around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable { // 获取DistributedLock DistributedLock distributedLock = this.getDistributedLock(pjp); // 获取 lockKey String lockKey = this.getLockKey(pjp, distributedLock); ILock lockObj = null; try { // 加锁，tryLok = true,并且tryTime > 0时，尝试获取锁，获取不到超时异常 if (distributedLock.tryLok()) { if(distributedLock.tryTime() <= 0){ throw new IdempotencyException("tryTime must be greater than 0"); } lockObj = this.distributedLock.tryLock(lockKey, distributedLock.tryTime(), distributedLock.lockTime(), distributedLock.unit(), distributedLock.fair()); } else { lockObj = this.distributedLock.lock(lockKey, distributedLock.lockTime(), distributedLock.unit(), distributedLock.fair()); } if (Objects.isNull(lockObj)) { throw new IdempotencyException("Duplicate request for method still in process"); } return pjp.proceed(); } catch (Exception e) { throw e; } finally { // 解锁 this.unLock(lockObj); } } /** * @param pjp * @return * @throws NoSuchMethodException */ private DistributedLock getDistributedLock(ProceedingJoinPoint pjp) throws NoSuchMethodException { String methodName = pjp.getSignature().getName(); Class clazz = pjp.getTarget().getClass(); Class<?>[] par = ((MethodSignature) pjp.getSignature()).getParameterTypes(); Method lockMethod = clazz.getMethod(methodName, par); DistributedLock distributedLock = lockMethod.getAnnotation(DistributedLock.class); return distributedLock; } /** * 解锁 * * @param lockObj */ private void unLock(ILock lockObj) { if (Objects.isNull(lockObj)) { return; } try { this.distributedLock.unLock(lockObj); } catch (Exception e) { log.error("分布式锁解锁异常", e); } } /** * 获取 lockKey * * @param pjp * @param distributedLock * @return */ private String getLockKey(ProceedingJoinPoint pjp, DistributedLock distributedLock) { String lockKey = distributedLock.key(); String keyPrefix = distributedLock.keyPrefix(); if (StringUtils.isBlank(lockKey)) { throw new IdempotencyException("Lok key cannot be empty"); } if (lockKey.contains("#")) { this.checkSpEL(lockKey); MethodSignature methodSignature = (MethodSignature) pjp.getSignature(); // 获取方法参数值 Object[] args = pjp.getArgs(); lockKey = getValBySpEL(lockKey, methodSignature, args); } lockKey = StringUtils.isBlank(keyPrefix) ? lockKey : keyPrefix + lockKey; return lockKey; } /** * 解析spEL表达式 * * @param spEL * @param methodSignature * @param args * @return */ private String getValBySpEL(String spEL, MethodSignature methodSignature, Object[] args) { // 获取方法形参名数组 String[] paramNames = nameDiscoverer.getParameterNames(methodSignature.getMethod()); if (paramNames == null || paramNames.length < 1) { throw new IdempotencyException("Lok key cannot be empty"); } Expression expression = spelExpressionParser.parseExpression(spEL); // spring的表达式上下文对象 EvaluationContext context = new StandardEvaluationContext(); // 给上下文赋值 for (int i = 0; i < args.length; i++) { context.setVariable(paramNames[i], args[i]); } return expression.getValue(context).toString(); } /** * SpEL 表达式校验 * * @param spEL * @return */ private void checkSpEL(String spEL) { try { ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser(); parser.parseExpression(spEL, new TemplateParserContext()); } catch (Exception e) { log.error("spEL表达式解析异常", e); throw new IdempotencyException("Invalid SpEL expression [" + spEL + "]"); } } } -
定义分布式锁注解版启动元注解
@Target(ElementType.TYPE) @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) @Documented @Import({DistributedLockAspect.class}) public @interface EnableDistributedLock { } -
定义IDistributedLock分布式锁接口
public interface IDistributedLock { /** * 获取锁，默认30秒失效，失败一直等待直到获取锁 * * @param key 锁的key * @return 锁对象 */ ILock lock(String key); /** * 获取锁,失败一直等待直到获取锁 * * @param key 锁的key * @param lockTime 加锁的时间，超过这个时间后锁便自动解锁； 如果lockTime为-1，则保持锁定直到显式解锁 * @param unit {@code lockTime} 参数的时间单位 * @param fair 是否公平锁 * @return 锁对象 */ ILock lock(String key, long lockTime, TimeUnit unit, boolean fair); /** * 尝试获取锁，30秒获取不到超时异常，锁默认30秒失效 * * @param key 锁的key * @param tryTime 获取锁的最大尝试时间 * @return * @throws Exception */ ILock tryLock(String key, long tryTime) throws Exception; /** * 尝试获取锁，获取不到超时异常 * * @param key 锁的key * @param tryTime 获取锁的最大尝试时间 * @param lockTime 加锁的时间 * @param unit {@code tryTime @code lockTime} 参数的时间单位 * @param fair 是否公平锁 * @return * @throws Exception */ ILock tryLock(String key, long tryTime, long lockTime, TimeUnit unit, boolean fair) throws Exception; /** * 解锁 * * @param lock * @throws Exception */ void unLock(Object lock); /** * 释放锁 * * @param lock * @throws Exception */ default void unLock(ILock lock) { if (lock != null) { unLock(lock.getLock()); } } } -
IDistributedLock实现类
@Slf4j @Component public class RedissonDistributedLock implements IDistributedLock { @Resource private RedissonClient redissonClient; /** * 统一前缀 */ @Value("${redisson.lock.prefix:bi:distributed:lock}") private String prefix; @Override public ILock lock(String key) { return this.lock(key, 0L, TimeUnit.SECONDS, false); } @Override public ILock lock(String key, long lockTime, TimeUnit unit, boolean fair) { RLock lock = getLock(key, fair); // 获取锁,失败一直等待,直到获取锁,不支持自动续期 if (lockTime > 0L) { lock.lock(lockTime, unit); } else { // 具有Watch Dog 自动延期机制 默认续30s 每隔30/3=10 秒续到30s lock.lock(); } return new ILock(lock, this); } @Override public ILock tryLock(String key, long tryTime) throws Exception { return this.tryLock(key, tryTime, 0L, TimeUnit.SECONDS, false); } @Override public ILock tryLock(String key, long tryTime, long lockTime, TimeUnit unit, boolean fair) throws Exception { RLock lock = getLock(key, fair); boolean lockAcquired; // 尝试获取锁，获取不到超时异常,不支持自动续期 if (lockTime > 0L) { lockAcquired = lock.tryLock(tryTime, lockTime, unit); } else { // 具有Watch Dog 自动延期机制 默认续30s 每隔30/3=10 秒续到30s lockAcquired = lock.tryLock(tryTime, unit); } if (lockAcquired) { return new ILock(lock, this); } return null; } /** * 获取锁 * * @param key * @param fair * @return */ private RLock getLock(String key, boolean fair) { RLock lock; String lockKey = prefix + ":" + key; if (fair) { // 获取公平锁 lock = redissonClient.getFairLock(lockKey); } else { // 获取普通锁 lock = redissonClient.getLock(lockKey); } return lock; } @Override public void unLock(Object lock) { if (!(lock instanceof RLock)) { throw new IllegalArgumentException("Invalid lock object"); } RLock rLock = (RLock) lock; if (rLock.isLocked()) { try { rLock.unlock(); } catch (IllegalMonitorStateException e) { log.error("释放分布式锁异常", e); } } } } -
定义ILock锁对象
import lombok.AllArgsConstructor; import lombok.Getter; import java.util.Objects; /** * <p> * RedissonLock 包装的锁对象 实现AutoCloseable接口，在java7的try(with resource)语法，不用显示调用close方法 * </p> * @since 2023-06-08 16:57 */ @AllArgsConstructor public class ILock implements AutoCloseable { /** * 持有的锁对象 */ @Getter private Object lock; /** * 分布式锁接口 */ @Getter private IDistributedLock distributedLock; @Override public void close() throws Exception { if(Objects.nonNull(lock)){ distributedLock.unLock(lock); } } }
六、使用示例
启动类添加@EnableDistributedLock启用注解支持
@SpringBootApplication
@EnableDistributedLock
public class BiCenterGoodsApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(BiCenterGoodsApplication.class, args);
}
}@DistributedLock标注需要使用分布式锁的方法
@ApiOperation("编辑SKU供应商供货信息")
@PostMapping("/editSupplierInfo")
//@DistributedLock(key = "#dto.sku + '-' + #dto.skuId", lockTime = 10L, keyPrefix = "sku-")
@DistributedLock(key = "#dto.sku", lockTime = 10L, keyPrefix = "sku-")
public R<Boolean> editSupplierInfo(@RequestBody @Validated ProductSkuSupplierInfoDTO dto) {
return R.ok(productSkuSupplierMeasureService.editSupplierInfo(dto));
}#dto.sku是 SpEL表达式。Spring中支持的它都支持的。比如调用静态方法，三目表达式。SpEL 可以使用方法中的任何参数。SpEL表达式参考
从原理到实践，分析 Redis 分布式锁的多种实现方案（一）
从原理到实践，分析 Redisson 分布式锁的实现方案（二）
参考文章：一个注解，优雅的实现接口幂等性！