在 Spring Boot 中，冪等性是實現分布式系統設計和接口調用的一個重要概念，尤其在高并發、分布式環境下，確保接口重復調用不會引發系統數據異常至關重要。

冪等性概念

冪等性（Idempotence）是指一次請求和重復多次請求對系統的影響完全相同。在接口調用中，如果一個接口滿足冪等性，那么無論調用多少次，最終結果是一樣的。

場景分析

1. 支付系統
   防止重復支付。例如用戶多次點擊支付按鈕，導致重復扣款。
2. 訂單創建
   防止用戶重復下單，產生多個相同訂單。
3. 短信發送
   防止重復發送短信，避免浪費資源。
4. 庫存扣減
   防止并發扣減庫存，導致庫存不足或超賣。
5. 分布式任務處理
   防止任務重復執行，保證最終一致性。

如何實現冪等性

在 Spring Boot 中，常用以下幾種方法實現冪等性：

1.基于數據庫唯一約束

原理：
利用數據庫的唯一約束機制，確保同一請求只能操作一次。

實現：

• 在數據庫表中增加一個唯一字段（如訂單號、請求 ID）。
• 插入數據時，利用唯一約束防止重復寫入。

代碼示例：

@Entity
@Table(name = "orders", uniqueConstraints = {@UniqueConstraint(columnNames = "orderId")})
public class Order {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)private Long id;@Column(nullable = false)private String orderId; // 唯一訂單號@Column(nullable = false)private BigDecimal amount;}

當重復提交時，數據庫會拋出 DuplicateKeyException，可以捕獲并返回提示。

2.基于唯一 Token 實現

原理：

• 每次請求都需要攜帶唯一的 token，服務器校驗 token 是否已使用。
• 若已使用，則拒絕請求。

實現步驟：

1.客戶端向服務器申請唯一 token（如 UUID）。

2.在請求時攜帶 token。

3.服務端驗證 token：

• 若 token 未使用，處理業務并標記 token 為已使用。
• 若 token 已使用，直接返回提示。

代碼示例：

@RestController
@RequestMapping("/api/order")
public class OrderController {@Autowiredprivate StringRedisTemplate redisTemplate;@PostMapping("/create")public String createOrder(@RequestParam String token) {// 校驗 token 是否已存在Boolean isTokenExists = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(token, "1", 10, TimeUnit.MINUTES);if (Boolean.FALSE.equals(isTokenExists)) {return "重復請求，請勿再次提交";}// 執行業務邏輯// ...return "訂單創建成功";}}

優點：

• 無需修改數據庫結構。
• 使用 Redis 提高性能，適用于高并發場景。

3.基于冪等字段校驗

原理：

• 接口請求體中包含冪等字段（如訂單號、請求 ID）。
• 服務端通過冪等字段判斷請求是否已處理。

實現步驟：

• 在業務表中增加 requestId 字段，標記唯一請求。
• 每次請求前查詢是否存在相同的 requestId。
• 若存在，直接返回處理結果。

代碼示例：

@Service
public class OrderService {@Autowiredprivate OrderRepository orderRepository;public String createOrder(String requestId, Order order) {// 校驗冪等字段if (orderRepository.existsByRequestId(requestId)) {return "訂單已創建，請勿重復提交";}// 保存訂單order.setRequestId(requestId);orderRepository.save(order);return "訂單創建成功";}}

4.基于分布式鎖

原理：

• 利用分布式鎖（如 Redis 的 SETNX）對關鍵資源加鎖，確保同一時刻只有一個請求處理。

實現步驟：

1. 請求時加鎖，鎖的唯一標識為冪等字段（如訂單號）。
2. 若加鎖成功，執行業務邏輯。
3. 業務執行完成后釋放鎖。

代碼示例：

@Service
public class SmsService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate redisTemplate;public String sendSms(String phoneNumber) {String lockKey = "sms:lock:" + phoneNumber;// 加鎖Boolean isLockAcquired = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1", 2, TimeUnit.MINUTES);if (Boolean.FALSE.equals(isLockAcquired)) {return "短信發送過于頻繁，請稍后再試";}try {// 執行業務邏輯// ...return "短信發送成功";} finally {// 釋放鎖redisTemplate.delete(lockKey);}}}

5.基于狀態校驗

原理：

• 根據業務狀態判斷請求是否重復。
• 常用于支付、庫存等有明確狀態的場景。

實現步驟：

• 增加狀態字段（如訂單狀態、支付狀態）。
• 請求前校驗狀態是否已完成。

代碼示例：

@Service
public class PaymentService {@Autowiredprivate OrderRepository orderRepository;public String payOrder(Long orderId) {Order order = orderRepository.findById(orderId).orElseThrow(() -> new RuntimeException("訂單不存在"));// 校驗狀態if (order.getStatus().equals("PAID")) {return "訂單已支付，請勿重復操作";}// 修改訂單狀態order.setStatus("PAID");orderRepository.save(order);return "支付成功";}}

冪等性設計注意事項

1.選擇合適的冪等方案

• 數據庫唯一約束適合低并發場景。
• Redis 分布式鎖適合高并發場景。
• 冪等字段校驗適合需要記錄請求 ID 的場景。

2.冪等字段的設計

• 冪等字段應具有唯一性，如訂單號、請求 ID。
• 客戶端生成或服務端分配均可。

3.冪等性與事務

• 確保冪等校驗與業務邏輯在同一事務中執行，避免校驗通過但業務未執行完成的情況。

4.性能優化

• 使用緩存（如 Redis）提高冪等校驗性能，減少數據庫壓力。

總結

Spring Boot 中的冪等性實現，是確保接口安全性和數據一致性的關鍵。根據業務場景的不同，選擇合適的冪等方案至關重要：

• 數據庫唯一約束：簡單場景，直接使用。
• Redis 分布式鎖：高并發場景，提升性能。
• 冪等字段校驗：需要記錄唯一請求的場景。

冪等性設計不僅是接口安全的保障，更是系統穩定性的核心體現。