【实战教程】使用自定义注解实现幂等性

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

下面演示一种利用Redis来实现的方式。

1.自定义注解

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(value = ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Idempotent {

    /**
     * 参数名，表示将从哪个参数中获取属性值。
     * 获取到的属性值将作为KEY。
     *
     * @return
     */
    String name() default "";

    /**
     * 属性，表示将获取哪个属性的值。
     *
     * @return
     */
    String field() default "";

    /**
     * 参数类型
     *
     * @return
     */
    Class type();

}

2.统一的请求入参对象

@Data
public class RequestData<T> {

    private Header header;

    private T body;

}


@Data
public class Header {

    private String token;

}

@Data
public class Order {

    String orderNo;

}

3.AOP处理

import com.springboot.micrometer.annotation.Idempotent;
import com.springboot.micrometer.entity.RequestData;
import com.springboot.micrometer.idempotent.RedisIdempotentStorage;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Around;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
import org.aspectj.lang.reflect.MethodSignature;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.annotation.Resource;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Map;

@Aspect
@Component
public class IdempotentAspect {

    @Resource
    private RedisIdempotentStorage redisIdempotentStorage;

    @Pointcut("@annotation(com.springboot.micrometer.annotation.Idempotent)")
    public void idempotent() {
    }

    @Around("idempotent()")
    public Object methodAround(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
        MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
        Method method = signature.getMethod();
        Idempotent idempotent = method.getAnnotation(Idempotent.class);

        String field = idempotent.field();
        String name = idempotent.name();
        Class clazzType = idempotent.type();

        String token = "";

        Object object = clazzType.newInstance();
        Map<String, Object> paramValue = AopUtils.getParamValue(joinPoint);
        if (object instanceof RequestData) {
            RequestData idempotentEntity = (RequestData) paramValue.get(name);
            token = String.valueOf(AopUtils.getFieldValue(idempotentEntity.getHeader(), field));
        }

        if (redisIdempotentStorage.delete(token)) {
            return joinPoint.proceed();
        }
        return "重复请求";
    }
}

import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.reflect.CodeSignature;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class AopUtils {

    public static Object getFieldValue(Object obj, String name) throws Exception {
        Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
        Object object = null;
        for (Field field : fields) {
            field.setAccessible(true);
            if (field.getName().toUpperCase().equals(name.toUpperCase())) {
                object = field.get(obj);
                break;
            }
        }
        return object;
    }


    public static Map<String, Object> getParamValue(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        Object[] paramValues = joinPoint.getArgs();
        String[] paramNames = ((CodeSignature) joinPoint.getSignature()).getParameterNames();
        Map<String, Object> param = new HashMap<>(paramNames.length);

        for (int i = 0; i < paramNames.length; i++) {
            param.put(paramNames[i], paramValues[i]);
        }
        return param;
    }
}

4.Token值生成

import com.springboot.micrometer.idempotent.RedisIdempotentStorage;
import com.springboot.micrometer.util.IdGeneratorUtil;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import javax.annotation.Resource;

@RestController
@RequestMapping("/idGenerator")
public class IdGeneratorController {

    @Resource
    private RedisIdempotentStorage redisIdempotentStorage;

    @RequestMapping("/getIdGeneratorToken")
    public String getIdGeneratorToken() {
        String generateId = IdGeneratorUtil.generateId();
        redisIdempotentStorage.save(generateId);
        return generateId;
    }

}

public interface IdempotentStorage {

    void save(String idempotentId);

    boolean delete(String idempotentId);
}

import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.annotation.Resource;
import java.io.Serializable;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Component
public class RedisIdempotentStorage implements IdempotentStorage {

    @Resource
    private RedisTemplate<String, Serializable> redisTemplate;

    @Override
    public void save(String idempotentId) {
        redisTemplate.opsForValue().set(idempotentId, idempotentId, 10, TimeUnit.MINUTES);
    }

    @Override
    public boolean delete(String idempotentId) {
        return redisTemplate.delete(idempotentId);
    }
}

import java.util.UUID;

public class IdGeneratorUtil {

    public static String generateId() {
        return UUID.randomUUID().toString();
    }

}

5. 请求示例

调用接口之前，先申请一个token，然后带着服务端返回的token值，再去请求。

import com.springboot.micrometer.annotation.Idempotent;
import com.springboot.micrometer.entity.Order;
import com.springboot.micrometer.entity.RequestData;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {

    @RequestMapping("/saveOrder")
    @Idempotent(name = "requestData", type = RequestData.class, field = "token")
    public String saveOrder(@RequestBody RequestData<Order> requestData) {
        return "success";
    }

}

请求获取token值。

带着token值，第一次请求成功。

第二次请求失败。