springboot接口幂等性以订单id来做

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编程梦想翱翔者 2024-10-15 19:32:00

文章标签 spring java 后端幂等 ide 文章分类 架构后端开发

幂等校验一直是系统中极为重要的一环，体现在许多系统架构中。如服务内同步调用，保证多次操作仅产生一个结果（e.g. 用户网络延迟，快速连续点击下单按钮，此时如果不做幂等校验会产生无数条未支付订单）；再比如微服务通过消息队列发送消息，消费者异步处理逻辑，如果消息重复发送仅消费一次（e.g. 多次发送支付请求，消费者如果不做幂等校验，会对同一订单多次付款）。

我们就针对生成订单接口，做一个简易的幂等校验逻辑。

1 幂等校验实现思路

用户在商品详情页点击下单时，网络出现延迟，导致多次点击没有响应；但实际上服务端在接受到请求后，会为每次请求都创建一个订单，这样用户点击多少次，就会生成多少条待支付订单，这时就需要做幂等校验。

实现方案很简单，用户在进入商品详情页时，前端自行生成一个唯一ID并保存，在用户点击下单按钮时将ID和订单具体信息一同发送到服务端，服务端在接收到请求后对ID进行校验，如Redis中存在该ID，说明此订单已经创建，直接返回下单成功并返回一个订单支付回调URL；如Redis中不存在该ID，说明还未创建该订单，将订单ID写入Redis并继续处理生成订单逻辑。

下面我们就用拦截器来实现。

2 拦截器实现

先来编写拦截器逻辑并将其注册进Spring，主要逻辑就是读取输入流并解析成Json对象，获取其中的唯一ID并在Redis中进行下单次数校验，如果未重复就放行，重复就直接返回下单失败结果。由于我这没有前端页面，偷个懒直接用下单用户名做校验哈。

这里用到了Redis的setNx方法，并设置了15s的过期时间，一般重复下单也不会超过这个时间。如果setNx设置成功，说明是正常下单；如果设置失败，说明已存在该订单，直接返回错误结果。核心代码如下。

//入参Json字符串解析
        JSONObject paramJson = JSONObject.parseObject(param.toString());
        String username = paramJson.getString("username");
        if (Strings.isNullOrEmpty(username)) {
            log.error("入参异常");
            Result<Object> error = Result.error("入参异常，请重新发起请求");
            byte[] resultByte = JSONObject.toJSONString(error).getBytes("UTF-8");
            outputStream.write(resultByte);
            return false;
        }

        String redisKey = "addOrderTimesConstraint:".concat(username);
        if (redisUtil.setNx(redisKey, "1", 15, TimeUnit.SECONDS)) {
            log.info("用户下单次数校验成功");
        } else {
            log.error("用户重复下单，直接拒绝");
            Result<Object> error = Result.error("请勿重复下单");
            byte[] resultByte = JSONObject.toJSONString(error).getBytes("UTF-8");
            outputStream.write(resultByte);
            return false;
        }

        return true;

下面就将该拦截器注册进SpringMVC，重写WebMvcConfigurer中的addInterceptors()方法，将拦截器注入并指定拦截路径，我们只需拦截下单接口。

@Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        //支付相关接口需要用拦截器做幂等校验
        //先仅用用户名进行下单限制，15s内只能下单一次
        registry.addInterceptor(webInterceptor)
                .addPathPatterns("/pay/addOrder");
    }

3 出现的问题及原因

先来试着连续下单两次，日志如下。

2023-02-23 10:28:18.618  INFO 12440 --- [nio-6666-exec-4] c.framework.interceptor.WebInterceptor   : 请求URL: http://localhost:6666/pay/addOrder
2023-02-23 10:28:18.619  INFO 12440 --- [nio-6666-exec-4] c.framework.interceptor.WebInterceptor   : 支付相关接口入参: {    "username": "abcdefg",    "stuffId": "566996ae8642ded9a005eefc1b506e70",    "stuffCount": "1",    "moneyAmount": "5555.55"}
2023-02-23 10:28:19.559  INFO 12440 --- [nio-6666-exec-4] c.framework.interceptor.WebInterceptor   : 用户下单次数校验成功
2023-02-23 10:28:19.579 ERROR 12440 --- [nio-6666-exec-4] c.f.h.exception.GlobalExceptionHandler   : Exception出现了异常！{}

org.springframework.http.converter.HttpMessageNotReadableException: Required request body is missing: public com.framework.utils.Result<?> com.bank.controller.PayController.addOrder(com.bank.entity.OrderInfo)

2023-02-23 10:33:15.815  INFO 12440 --- [nio-6666-exec-6] c.framework.interceptor.WebInterceptor   : 请求URL: http://localhost:6666/pay/addOrder
2023-02-23 10:33:15.815  INFO 12440 --- [nio-6666-exec-6] c.framework.interceptor.WebInterceptor   : 支付相关接口入参: {    "username": "abcdefg",    "stuffId": "566996ae8642ded9a005eefc1b506e70",    "stuffCount": "1",    "moneyAmount": "5555.55"}
2023-02-23 10:33:15.817 ERROR 12440 --- [nio-6666-exec-6] c.framework.interceptor.WebInterceptor   : 用户重复下单，直接拒绝

可以看到拦截器和下单次数校验生效了，也返回了正确的Json参数，但是进入下单方法体后却报错了。报错的内容也很直白，方法入参是用@RequestBody来接收的实体类，意思就是Request Body丢失了，实体类没获取到。为何如此呢？下面来分析一下。

Required request body is missing: public com.framework.utils.Result<?> com.bank.controller.PayController.addOrder(com.bank.entity.OrderInfo)

3.1 InputStream的流式设计

既然是读取出了问题，可以先去看看InputStream的read()方法，read()一共有3种重载形式，如下面的代码。

public abstract int read() throws IOException;

public int read(byte b[]) throws IOException {
    return read(b, 0, b.length);
}

public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
    if (b == null) {
        throw new NullPointerException();
    } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    } else if (len == 0) {
        return 0;
    }
    
    int c = read();
    if (c == -1) {
        return -1;
    }
    b[off] = (byte)c;

    int i = 1;
    try {
        for (; i < len ; i++) {
            c = read();
            if (c == -1) {
                break;
            }
            b[off + i] = (byte)c;
        }
    } catch (IOException ee) {
    }
    return i;
}

无参的抽象方法，有很多种实现。
单参方法传入byte数组，相当于buffer缓冲区，将流中的数据暂存到buffer中，实际调用了三参方法。
三参方法传入了byte数组，byte数组写入起始位置，读取长度。该方法真正读取实际还是调用了无参抽象方法，呃啊，还得去找个实现方法看看。

在read()的243个实现方法中随便点了一个，ByteArrayInputStream中的read()是这样的。主要逻辑就是对缓冲区数组和 0xff做了按位与运算，0xff = 1111 1111，可以保证缓冲区每个字节（8bit位）不受改变，因为与运算需要都为1才等于1，而8bit正构成了一个byte。但这个不是我们要探究的重点，实际问题集中在"pos"和"count"这两个全局变量。

public synchronized int read() {
    return (pos < count) ? (buf[pos++] & 0xff) : -1;
}

"pos"代表buff缓冲区中当前读取的指针位置，"count"代表buff缓冲区的最大长度，如果当前读取位置 < 最大长度，则能够读取；反之则返回-1，停止读取。"pos"和"count"都只会增大，不会减小，即缓冲区的长度和流读取的指针都是逐渐增大的。因此就导致了流的读取是单向的，只能向前不能向后。

3.2 ServletInputStream

ServletInputStream继承了InputStream，且没有重写read()方法和reset()方法，所以他们俩的读取逻辑是一致的，都是一次性读取。

有一种简单的逻辑，就是从ServletInputStream中读取完后，把Body再塞入HttpServletRequest中，设置一个Attribute然后在方法体中获取；但是这样不太优雅，以后每次新增需要校验的接口还要改动方法参数。

我们使用类似的思路，将Body读取完后缓存起来，让他别再是一次性的了；每次调用getInputStream()并读取时，都通过构造器把缓存的Body塞进去，就实现多次读取了。这种思路需要重写HttpServletRequest，有没有这种方法呢？当然有，使用HttpServletRequestWrapper。

4 解决方案：自定义装饰器 + 过滤器注册

HttpServletRequestWrapper的顶级接口是ServletRequest，使用了装饰器模式，装饰器模式的作用就是包装原有类，相当于温柔地增强。下面我们只需要自定义一个HttpServletRequestWrapper，重写getInputStream()，并用他代替原有的Servletequest，就完整地实现了Body重复读取。

4.1 自定义ServletRequest装饰器

构建一个HttpServletRequestWrapper就相当于重写一个ServletRequest，我们能重写任何需要自定义的方法。实现的思路就是读取原有HttpServletRequest中一次性的InputStream，放在本类中缓存，后续调用getInputStream()方法时都读本类缓存。

我们在类中创建一个变量"byte[] bodyCache = null"，将他作为本类缓存。这时有人可能会想到线程安全问题，Servlet本身不是线程安全的，因为他是单例模式的；但是ServletRequest会由Dispatcher调度，每个请求分配一个线程来处理，不会存在多个线程操作同一ServletRequest。因此是线程安全的，放心大胆用。

接下来就需要把ServletInputStream读取并写入byte数组中，实现起来很简单，从ServletInputStream -> ByteArrayOutputStream再转数组即可。代码如下。

private byte[] bodyCache = null;

    public BodyDuplicateWrapper(HttpServletRequest request) {
        super(request);
        try {
            ServletInputStream inputStream = request.getInputStream();
            ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = 0;
            while ((len = inputStream.read(buffer)) > -1) {
                //3参数:     byte b[]              int off                    int len
                //        buffer字节数组，buffer数组写入位置（偏移量），写入字节数（一般等于读取字节数）
                outputStream.write(buffer, 0, len);
            }
            outputStream.flush();

            //复制入本地变量
            bodyCache = outputStream.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

流复制的逻辑其实可以用StreamUtils.copyToByteArray(inputStream)来实现，但是多写写总没坏处。在构造器运行完后，bodyCache已经存放了输入流的数据，再重写getInputStream()方法，将read()方法重写为读取本地缓存即可。

/***
     * 重复获取输入流方法
     * @return
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public ServletInputStream getInputStream() throws IOException {
        final ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bodyCache);
        return new ServletInputStream() {
            @Override
            public int read() throws IOException {
                return byteArrayInputStream.read();
            }

            @Override
            public boolean isFinished() {
                return false;
            }

            @Override
            public boolean isReady() {
                return false;
            }

            @Override
            public void setReadListener(ReadListener readListener) {
            }
        };
    }

    /***
     * 重复获取reader方法
     * @return
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public BufferedReader getReader() throws IOException {
        ByteArrayInputStream inputStream = new ByteArrayInputStream(bodyCache);
        return new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
    }

4.2 装饰器注入

装饰器光写好摆在那也不行，得配合过滤器把他注入进去，再配置需要过滤的路径。在使用HttpServletRequest时，就将当前request通过构造器传入，并将增强后的装饰器传入FilterChain中，以后就使用装饰后的HttpServletRequest。

//通过构造器将原request传入
ServletRequest requestWrapper = new BodyDuplicateWrapper((HttpServletRequest) servletRequest);

//放入过滤器链
filterChain.doFilter(requestWrapper, servletResponse);

最后只需要把过滤器注册进Spring容器即可。

/***
     * Body输入流复制过滤器
     * @return
     */
    @Bean
    public FilterRegistrationBean filterRegistrationBean(){
        FilterRegistrationBean bean = new FilterRegistrationBean();
        bean.setFilter(new BodyDuplicateFilter());
        bean.addUrlPatterns("/pay/addOrder");
        bean.setOrder(1);

        return bean;
    }

5 结果试验

我们来试验一下，能否既正常下单又让幂等校验生效。

{
    "code": 200,
    "message": "下单成功，请尽快支付",
    "success": true,
    "timestamp": "1677154192047"
}

{
    "code": 500,
    "message": "请勿重复下单",
    "success": false,
    "timestamp": 1677154195615
}

结果看来非常成功，圆满结束。

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