面试官：如何实现幂等性校验？

Posted 2022-11-30 androidstarjack

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作者 | wangzaiplus

来源 | https://www.jianshu.com/p/6189275403ed

一、概念

幂等性, 通俗的说就是一个接口, 多次发起同一个请求, 必须保证操作只能执行一次比如:

• 订单接口, 不能多次创建订单

• 支付接口, 重复支付同一笔订单只能扣一次钱

• 支付宝回调接口, 可能会多次回调, 必须处理重复回调

• 普通表单提交接口, 因为网络超时等原因多次点击提交, 只能成功一次 等等

二、常见解决方案

1. 唯一索引 -- 防止新增脏数据

2. token机制 -- 防止页面重复提交

3. 悲观锁 -- 获取数据的时候加锁(锁表或锁行)

4. 乐观锁 -- 基于版本号version实现, 在更新数据那一刻校验数据

5. 分布式锁 -- redis(jedis、redisson)或zookeeper实现

6. 状态机 -- 状态变更, 更新数据时判断状态

三、本文实现

本文采用第2种方式实现, 即通过redis + token机制实现接口幂等性校验

四、实现思路

为需要保证幂等性的每一次请求创建一个唯一标识 token, 先获取 token, 并将此 token存入redis, 请求接口时, 将此 token放到header或者作为请求参数请求接口, 后端接口判断redis中是否存在此 token:

• 如果存在, 正常处理业务逻辑, 并从redis中删除此 token, 那么, 如果是重复请求, 由于 token已被删除, 则不能通过校验, 返回 请勿重复操作提示

• 如果不存在, 说明参数不合法或者是重复请求, 返回提示即可

五、项目简介

• springboot

• redis

• @ApiIdempotent注解 + 拦截器对请求进行拦截

• @ControllerAdvice全局异常处理

• 压测工具: jmeter

说明:

• 本文重点介绍幂等性核心实现, 关于springboot如何集成redis、ServerResponse、ResponseCode等细枝末节不在本文讨论范围之内, 有兴趣的小伙伴可以查看作者的Github项目: https://github.com/wangzaiplus/springboot/tree/wxw

六、代码实现

pom

<!-- Redis-Jedis -->
        <dependency>
            <groupId>redis.clients</groupId>
            <artifactId>jedis</artifactId>
            <version>2.9.0</version>
        </dependency>
        <!--lombok 本文用到@Slf4j注解, 也可不引用, 自定义log即可-->
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.16.10</version>
        </dependency>

JedisUtil

package com.wangzaiplus.test.util;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
@Component
@Slf4j
public class JedisUtil 
    @Autowired
    private JedisPool jedisPool;
    private Jedis getJedis() 
        return jedisPool.getResource();
    
    /**
     * 设值
     *
     * @param key
     * @param value
     * @return
     */
    public String set(String key, String value) 
        Jedis jedis = null;
        try 
            jedis = getJedis();
            return jedis.set(key, value);
         catch (Exception e) 
            log.error("set key: value: error", key, value, e);
            return null;
         finally 
            close(jedis);
        
    
    /**
     * 设值
     *
     * @param key
     * @param value
     * @param expireTime 过期时间, 单位: s
     * @return
     */
    public String set(String key, String value, int expireTime) 
        Jedis jedis = null;
        try 
            jedis = getJedis();
            return jedis.setex(key, expireTime, value);
         catch (Exception e) 
            log.error("set key: value: expireTime: error", key, value, expireTime, e);
            return null;
         finally 
            close(jedis);
        
    
    /**
     * 取值
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public String get(String key) 
        Jedis jedis = null;
        try 
            jedis = getJedis();
            return jedis.get(key);
         catch (Exception e) 
            log.error("get key: error", key, e);
            return null;
         finally 
            close(jedis);
        
    
    /**
     * 删除key
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public Long del(String key) 
        Jedis jedis = null;
        try 
            jedis = getJedis();
            return jedis.del(key.getBytes());
         catch (Exception e) 
            log.error("del key: error", key, e);
            return null;
         finally 
            close(jedis);
        
    
    /**
     * 判断key是否存在
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public Boolean exists(String key) 
        Jedis jedis = null;
        try 
            jedis = getJedis();
            return jedis.exists(key.getBytes());
         catch (Exception e) 
            log.error("exists key: error", key, e);
            return null;
         finally 
            close(jedis);
        
    
    /**
     * 设值key过期时间
     *
     * @param key
     * @param expireTime 过期时间, 单位: s
     * @return
     */
    public Long expire(String key, int expireTime) 
        Jedis jedis = null;
        try 
            jedis = getJedis();
            return jedis.expire(key.getBytes(), expireTime);
         catch (Exception e) 
            log.error("expire key: error", key, e);
            return null;
         finally 
            close(jedis);
        
    
    /**
     * 获取剩余时间
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public Long ttl(String key) 
        Jedis jedis = null;
        try 
            jedis = getJedis();
            return jedis.ttl(key);
         catch (Exception e) 
            log.error("ttl key: error", key, e);
            return null;
         finally 
            close(jedis);
        
    
    private void close(Jedis jedis) 
        if (null != jedis) 
            jedis.close();
        
    

自定义注解 @ApiIdempotent

package com.wangzaiplus.test.annotation;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
/**
 * 在需要保证 接口幂等性 的Controller的方法上使用此注解
 */
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface ApiIdempotent 

1. ApiIdempotentInterceptor拦截器

package com.wangzaiplus.test.interceptor;
import com.wangzaiplus.test.annotation.ApiIdempotent;
import com.wangzaiplus.test.service.TokenService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.method.HandlerMethod;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.lang.reflect.Method;
/**
 * 接口幂等性拦截器
 */
public class ApiIdempotentInterceptor implements HandlerInterceptor 
    @Autowired
    private TokenService tokenService;
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) 
        if (!(handler instanceof HandlerMethod)) 
            return true;
        
        HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
        Method method = handlerMethod.getMethod();
        ApiIdempotent methodAnnotation = method.getAnnotation(ApiIdempotent.class);
        if (methodAnnotation != null) 
            check(request);// 幂等性校验, 校验通过则放行, 校验失败则抛出异常, 并通过统一异常处理返回友好提示
        
        return true;
    
    private void check(HttpServletRequest request) 
        tokenService.checkToken(request);
    
    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, Object o, ModelAndView modelAndView) throws Exception 
    
    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, Object o, Exception e) throws Exception 
    

TokenServiceImpl

package com.wangzaiplus.test.service.impl;
import com.wangzaiplus.test.common.Constant;
import com.wangzaiplus.test.common.ResponseCode;
import com.wangzaiplus.test.common.ServerResponse;
import com.wangzaiplus.test.exception.ServiceException;
import com.wangzaiplus.test.service.TokenService;
import com.wangzaiplus.test.util.JedisUtil;
import com.wangzaiplus.test.util.RandomUtil;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.apache.commons.lang3.text.StrBuilder;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
@Service
public class TokenServiceImpl implements TokenService 
    private static final String TOKEN_NAME = "token";
    @Autowired
    private JedisUtil jedisUtil;
    @Override
    public ServerResponse createToken() 
        String str = RandomUtil.UUID32();
        StrBuilder token = new StrBuilder();
        token.append(Constant.Redis.TOKEN_PREFIX).append(str);
        jedisUtil.set(token.toString(), token.toString(), Constant.Redis.EXPIRE_TIME_MINUTE);
        return ServerResponse.success(token.toString());
    
    @Override
    public void checkToken(HttpServletRequest request) 
        String token = request.getHeader(TOKEN_NAME);
        if (StringUtils.isBlank(token)) // header中不存在token
            token = request.getParameter(TOKEN_NAME);
            if (StringUtils.isBlank(token)) // parameter中也不存在token
                throw new ServiceException(ResponseCode.ILLEGAL_ARGUMENT.getMsg());
            
        
        if (!jedisUtil.exists(token)) 
            throw new ServiceException(ResponseCode.REPETITIVE_OPERATION.getMsg());
        
        Long del = jedisUtil.del(token);
        if (del <= 0) 
            throw new ServiceException(ResponseCode.REPETITIVE_OPERATION.getMsg());
        
    

TestApplication

package com.wangzaiplus.test;
import com.wangzaiplus.test.interceptor.ApiIdempotentInterceptor;
import org.mybatis.spring.annotation.MapperScan;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.web.cors.CorsConfiguration;
import org.springframework.web.cors.UrlBasedCorsConfigurationSource;
import org.springframework.web.filter.CorsFilter;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurerAdapter;
@SpringBootApplication
@MapperScan("com.wangzaiplus.test.mapper")
public class TestApplication  extends WebMvcConfigurerAdapter 
    public static void main(String[] args) 
        SpringApplication.run(TestApplication.class, args);
    
    /**
     * 跨域
     * @return
     */
    @Bean
    public CorsFilter corsFilter() 
        final UrlBasedCorsConfigurationSource urlBasedCorsConfigurationSource = new UrlBasedCorsConfigurationSource();
        final CorsConfiguration corsConfiguration = new CorsConfiguration();
        corsConfiguration.setAllowCredentials(true);
        corsConfiguration.addAllowedOrigin("*");
        corsConfiguration.addAllowedHeader("*");
        corsConfiguration.addAllowedMethod("*");
        urlBasedCorsConfigurationSource.registerCorsConfiguration("/**", corsConfiguration);
        return new CorsFilter(urlBasedCorsConfigurationSource);
    
    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) 
        // 接口幂等性拦截器
        registry.addInterceptor(apiIdempotentInterceptor());
        super.addInterceptors(registry);
    
    @Bean
    public ApiIdempotentInterceptor apiIdempotentInterceptor() 
        return new ApiIdempotentInterceptor();
    

OK, 目前为止, 校验代码准备就绪, 接下来测试验证

七、测试验证

获取 token的控制器 TokenController

package com.wangzaiplus.test.controller;
import com.wangzaiplus.test.common.ServerResponse;
import com.wangzaiplus.test.service.TokenService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
@RequestMapping("/token")
public class TokenController 
    @Autowired
    private TokenService tokenService;
    @GetMapping
    public ServerResponse token() 
        return tokenService.createToken();
    

TestController, 注意 @ApiIdempotent注解, 在需要幂等性校验的方法上声明此注解即可, 不需要校验的无影响

package com.wangzaiplus.test.controller;
import com.wangzaiplus.test.annotation.ApiIdempotent;
import com.wangzaiplus.test.common.ServerResponse;
import com.wangzaiplus.test.service.TestService;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
@RequestMapping("/test")
@Slf4j
public class TestController 
    @Autowired
    private TestService testService;
    @ApiIdempotent
    @PostMapping("testIdempotence")
    public ServerResponse testIdempotence() 
        return testService.testIdempotence();
    

获取 token

查看redis

测试接口安全性: 利用jmeter测试工具模拟50个并发请求, 将上一步获取到的token作为参数

header或参数均不传token, 或者token值为空, 或者token值乱填, 均无法通过校验, 如token值为"abcd"

八、注意点(非常重要)

上图中, 不能单纯的直接删除token而不校验是否删除成功, 会出现并发安全性问题, 因为, 有可能多个线程同时走到第46行, 此时token还未被删除, 所以继续往下执行, 如果不校验 jedisUtil.del(token)的删除结果而直接放行, 那么还是会出现重复提交问题, 即使实际上只有一次真正的删除操作, 下面重现一下

稍微修改一下代码:

再次请求

再看看控制台

虽然只有一个真正删除掉token, 但由于没有对删除结果进行校验, 所以还是有并发问题, 因此, 必须校验

九、总结

其实思路很简单, 就是每次请求保证唯一性, 从而保证幂等性, 通过拦截器+注解, 就不用每次请求都写重复代码, 其实也可以利用spring aop实现。

最后说一句（别白嫖，求关注）

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