如果一个操作重复执行多次，其效果（不考虑操作时间）和只执行一次是一样的，那么这个操作就叫做是幂等（idempotent）的。乍看起来，幂等操作似乎没什么用处，毕竟只有第一次执行有效。但如果在系统设计中考虑到“失败”场景的话，幂等操作是非常重要的。因为失败发生和感知失败发生是两件不同的事情。想象两个服务器进行通过网络进行通信。服务器A发送请求到服务器B，服务器B执行并将结果发送给A。在理想的情况下，一切执行顺利。我们从服务器A的角度来看看发生了什么。首先服务器A发出一个请求，等待了一会后，服务A收到一个应答，并且应答里的消息表明操作成功。现在我们引入失败的情况。可能的失败有这么几种：
- 服务器A发送请求失败。
- 服务器B接收请求失败。
- 服务器B处理请求失败。
- 服务器B发送应答失败。
- 服务器A接收应答失败。
从服务器A的角度来看，除了第1种错误可以立刻感知外，其他的错误都可能无法被服务器A感知到。在一个更加实际的场景中，服务器A发送了请求，等待了一会，没有收到应答。这时服务器A无法判断服务器B的操作是成功了，还是失败了。它应该继续等待呢？还是应该重新发送一次请求呢？如果继续等待，一旦服务器B发生故障，服务器A将陷入永久停滞。如果重新发送请求，一旦服务器B已经成功执行了操作（失败情形4、5），再次请求就会让服务器B重复执行2次相同的操作。如果请求的操作是“扣除100元”，重复2次操作的效果将是“扣除200元”，这将违背服务器A的意图。但如果这是一个幂等操作，无论重复几次，效果都和只执行一次相同，那么服务器A就可以放心的重发请求了。这就是幂等操作的好处。幂等操作可以大大简化客户端代码的故障处理逻辑，提高系统整体的稳定性。
将非幂等操作封装成幂等操作，需要将操作分成两部分：为操作执行实例分配编号；通过编号提交操作。服务器B在收到操作提交请求时，首先检查操作是否已经执行。如果操作已经执行，将结果发送给服务器A。如果操作尚未执行，执行操作，并发送结果。
// 非幂等操作
OperationResult result = operation.execute();
// 幂等操作
class Operation {
public void commit(String id) {
OperationState state = getOperationState(id);
if (state.isExecuted()) {
return;
}
Operation operation = getOperation(id);
operation.execute();
state.setExecuted();
}
}
Operation.register(operation);
String id = Operation.getLastRegisteredId();
Operation.commit(id);
OperationResult result = Operation.getOperationResult(id);我们来看拆分出来的两个步骤：
- 为操作执行实例分配编号。
- 通过编号提交操作，当且仅当操作尚未执行时，执行该操作。
第一步为操作分配了一个编号，但没有执行操作，没有修改业务状态。因此从业务状态的变化来看，可以认为是幂等的。第二步显然是幂等的，因为只要操作成功执行，后续的请求不会再次执行操作。
对于单体单线程服务，上面的代码已经够用了。对于多线程或分布式服务，还有一些细节需要考虑。首先是全局唯一ID生成，这已经有成熟的方案了。其次，在判断操作是否已经执行时，需要通过全局锁保护，以保证多线程或分布式程序中的个节点的观察顺序。或者在提交操作结果之前，再次检查操作状态。如果发现其他线程/节点已经完成操作，丢弃本地操作结果。