细说RESTful API之幂等性

接口幂等性的含义

幂等性原本是数学中的含义，表达式的是N次变换与1次变换的结果相同。
而RESTFul API中的幂等性是指调用某个方法1次或N次对资源产生的影响结果都是相同的，需要特别注意的是：这里幂等性指的是对资源产生的影响结果，而不是调用HTTP方法的返回结果。
举个例子，RESTFul API中的GET方法是查询资源信息，不会对资源产生影响，所以它是符合幂等性的，但是每次调用GET方法返回的结果有可能不同（可能资源的某个属性在调用GET方法之前已经被其他方法修改了）。
实际上，在分布式架构中的API幂等性不仅仅针对RESTFul接口，而是对所有类型的接口适用，目的是为了确保调用1次或N次接口时对资源的影响结果都是相同的。

接口符合幂等性有什么用处

接口的幂等性确保了无论调用1次还是N次对资源的影响都是相同的，这在某些场合下是非常有用的。
举个例子，有这样一个接口方法：pay(long account, int money)，该方法用于银行卡扣款支付，参数account为账户ID，money为需要扣除的钱数。当用户从网页上点击支付按钮时，在该方法的实现逻辑中需要从指定账户中扣除对应的商品价钱。如果支付操作已经成功执行，但是响应消息因为某种原因未能及时返回给客户端，这时候给用户的体验是可能是未支付成功，如果此时再次点击支付按钮，那么将再一次执行该方法，结果可能会导致用户只买了一件商品却花了双份的钱，这当然是不合理的。整个流程如下图所示：

当然，就上述例子的场景，为了避免用户重复支付，是可以通过别的方式解决的，比如：分布式事务，或者根据支付状态提示给予用户进行提示等等。
但是，如果引入了分布式事务，那么将带来实现上的复杂性，而且会影响到接口性能；而采取提示信息的方式并不能百分之百确保用户不会重复支付，存在一定的风险。而如果接口符合幂等性，即：对同一个订单无论是执行一次支付还是多次支付，在服务端都确保只会扣一次款，那么既不需要引入分布式事务的复杂性，也能从根本上解决重复支付的问题，这也就是接口符合幂等性的价值所在。

总而言之，接口符合幂等性在可以降低系统实现的复杂性，并能保证资源状态的一致性。

HTTP方法的幂等性与安全性

RESTFul风格的接口设计本质上使用的是HTTP协议方法，因此，RESTFul接口方法的幂等性指的就是HTTP方法的幂等性。
常用的HTTP方法有：OPTIONS（获取服务器信息），HEAD（请求资源首部信息），GET（获取资源），POST（创建资源），PUT（更新资源全部信息），PATCH（更新资源部分信息），DELETE（删除资源）。那么，这些HTTP方法的幂等性又是什么样的呢？
除了幂等性之外，HTTP方法的安全性是指不对资源产生修改。
如下是常用HTTP方法的幂等性和安全性总结：

HTTP方法名称	是否幂等	是否安全
OPTIONS	Y	Y
HEAD	Y	Y
GET	Y	Y
PUT	Y	N
DELETE	Y	N
POST	N	N
PATCH	N	N

从上述表格中可以看出，HTTP方法的幂等性和安全性并不是同一个概念，如下是对个各个方法的幂等性和安全性解释：

OPTIONS方法常常用于获取服务器信息，不会对资源产生影响，也不会对资源进行修改，因此它是幂等的也是安全的；OPTIONS方法最常见的场景是在浏览器的跨域请求中，如果浏览器发起的是一个跨域访问的API（不论是GET方法还是POST方法），再真正发送业务的GET或POST方法之前会发送一个OPTIONS方法从服务端获取信息，从服务器返回的信息中得知该请求是否支持跨域访问，从而决定下一步是否能成功发送真正的业务请求。
HEAD方法用于请求资源的头部信息，不会资源产生影响，也不会对资源进行修改，因此它是幂等的也是安全的。
GET方法用于获取资源信息，虽然可能每次返回的结果都不相同，但是GET方法本身不会对资源产生影响，在RESTFul语义里GET方法也不会修改资源，因此它是幂等的，也是安全的。
PUT方法在RESTFul语义里表示对资源进行全量更新，因此调用1次或N次的结果都是一致的，所以它是幂等的，但不是安全的。
DELETE方法用于删除资源，调用1次或N次的结果都是相同的，因此是幂等的，但不是安全的。
POST方法在RESTFul语义里表示新建资源，显然调用1次与调用N次的结果不同（调用1次新建1个资源，调用N次新建N个资源），因此不是幂等的，同时也不是安全的。
PATCH方法在RESTFul语义里表示对资源的局部更新，因此不能保证调用1次与调用N次的结果相同（如：被更新的资源某个属性随着不同的调用次数在变化），所以不是幂等的，同时也不是安全的。

如何设计符合幂等性的接口

设计幂等性接口的关键在于保证接口不论是被调用1次还是N次，它对资源所产生的影响都是相同的。
从上述HTTP方法的幂等性总结中可以得知，HTTP协议的POST和PATCH方法都不是幂等性的（但是我们却经常会在RESTFul接口中使用到它们），那是否就意味中无法将POST和PATCH方法设计为幂等性接口了呢？答案显然是否定的。在上述例子中，可以将订单ID也作为方法参数之一，如：pay(long account, int money, long order)，这样在服务端确保一个订单只会被支付一次（订单号是全局唯一的），那么无论该方法被调用1次还是N次结果都是一样的，也就保证了接口的幂等性。当然，在哪些没有订单号的场景，可以为接口操作生成一个全局唯一的处理号ID，并把该处理号ID作为方法参数之一，这样在服务端确保一个处理号ID只会被执行一次就保证了接口的幂等性。
符合幂等性的接口调用流程描述如下图所示：

写在最后

虽然说设计符合幂等性的接口在某些场合可以降低系统的复杂性（如：可以不用引入分布式事务），但是并非在所有场合的问题都能通过幂等性接口解决，在必要的时候依然需要引入分布式事务处理这样的框架。我们不要也不能把接口幂等性作为万能的解决办法，但是，我们在设计接口时尽量考虑符合幂等性处理是非常有价值的。

【参考】
http://blog.720ui.com/2016/restful_idempotent/ 如何理解RESTful的幂等性
https://www.cnblogs.com/weidagang2046/archive/2011/06/04/idempotence.html 理解HTTP幂等性
https://sofish.github.io/restcookbook/http%20methods/idempotency/ RESTful 手册