有位朋友,某天突然问磊哥:在 Java 中,防止重复提交最简单的方案是什么?
这句话中包含了两个关键信息,第一:防止重复提交;第二:最简单。
于是磊哥问他,是单机环境还是分布式环境?
得到的反馈是单机环境,那就简单了,于是磊哥就开始装*了。
话不多说,我们先来复现这个问题。
模拟用户场景
根据朋友的反馈,大致的场景是这样的,如下图所示:
简化的模拟代码如下(基于 Spring Boot):
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;@RequestMapping("/user")
@RestController
public class UserController {/*** 被重复请求的方法*/@RequestMapping("/add")public String addUser(String id) {// 业务代码...System.out.println("添加用户ID:" + id);return "执行成功!";}
}
于是磊哥就想到:通过前、后端分别拦截的方式来解决数据重复提交的问题。
前端拦截
前端拦截是指通过 HTML 页面来拦截重复请求,比如在用户点击完“提交”按钮后,我们可以把按钮设置为不可用或者隐藏状态。
执行效果如下图所示:
前端拦截的实现代码:
<html>
<script>function subCli(){// 按钮设置为不可用document.getElementById("btn_sub").disabled="disabled";document.getElementById("dv1").innerText = "按钮被点击了~";}
</script>
<body style="margin-top: 100px;margin-left: 100px;"><input id="btn_sub" type="button" value=" 提 交 " onclick="subCli()"><div id="dv1" style="margin-top: 80px;"></div>
</body>
</html>
但前端拦截有一个致命的问题,如果是懂行的程序员或非法用户可以直接绕过前端页面,通过模拟请求来重复提交请求,比如充值了 100 元,重复提交了 10 次变成了 1000 元(瞬间发现了一个致富的好办法)。
所以除了前端拦截一部分正常的误操作之外,后端的拦截也是必不可少。
后端拦截
后端拦截的实现思路是在方法执行之前,先判断此业务是否已经执行过,如果执行过则不再执行,否则就正常执行。
我们将请求的业务 ID 存储在内存中,并且通过添加互斥锁来保证多线程下的程序执行安全,大体实现思路如下图所示:
然而,将数据存储在内存中,最简单的方法就是使用 HashMap
存储,或者是使用 Guava Cache 也是同样的效果,但很显然 HashMap
可以更快的实现功能,所以我们先来实现一个 HashMap
的防重(防止重复)版本。
1.基础版——HashMap
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;/*** 普通 Map 版本*/
@RequestMapping("/user")
@RestController
public class UserController3 {// 缓存 ID 集合private Map<String, Integer> reqCache = new HashMap<>();@RequestMapping("/add")public String addUser(String id) {// 非空判断(忽略)...synchronized (this.getClass()) {// 重复请求判断if (reqCache.containsKey(id)) {// 重复请求System.out.println("请勿重复提交!!!" + id);return "执行失败";}// 存储请求 IDreqCache.put(id, 1);}// 业务代码...System.out.println("添加用户ID:" + id);return "执行成功!";}
}
实现效果如下图所示:
存在的问题:此实现方式有一个致命的问题,因为 HashMap
是无限增长的,因此它会占用越来越多的内存,并且随着 HashMap
数量的增加查找的速度也会降低,所以我们需要实现一个可以自动“清除”过期数据的实现方案。
2.优化版——固定大小的数组
此版本解决了 HashMap
无限增长的问题,它使用数组加下标计数器(reqCacheCounter)的方式,实现了固定数组的循环存储。
当数组存储到最后一位时,将数组的存储下标设置 0,再从头开始存储数据,实现代码如下:
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;import java.util.Arrays;@RequestMapping("/user")
@RestController
public class UserController {private static String[] reqCache = new String[100]; // 请求 ID 存储集合private static Integer reqCacheCounter = 0; // 请求计数器(指示 ID 存储的位置)@RequestMapping("/add")public String addUser(String id) {// 非空判断(忽略)...synchronized (this.getClass()) {// 重复请求判断if (Arrays.asList(reqCache).contains(id)) {// 重复请求System.out.println("请勿重复提交!!!" + id);return "执行失败";}// 记录请求 IDif (reqCacheCounter >= reqCache.length) reqCacheCounter = 0; // 重置计数器reqCache[reqCacheCounter] = id; // 将 ID 保存到缓存reqCacheCounter++; // 下标往后移一位}// 业务代码...System.out.println("添加用户ID:" + id);return "执行成功!";}
}
3.扩展版——双重检测锁(DCL)
上一种实现方法将判断和添加业务,都放入 synchronized
中进行加锁操作,这样显然性能不是很高,于是我们可以使用单例中著名的 DCL(Double Checked Locking,双重检测锁)来优化代码的执行效率,实现代码如下:
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;import java.util.Arrays;@RequestMapping("/user")
@RestController
public class UserController {private static String[] reqCache = new String[100]; // 请求 ID 存储集合private static Integer reqCacheCounter = 0; // 请求计数器(指示 ID 存储的位置)@RequestMapping("/add")public String addUser(String id) {// 非空判断(忽略)...// 重复请求判断if (Arrays.asList(reqCache).contains(id)) {// 重复请求System.out.println("请勿重复提交!!!" + id);return "执行失败";}synchronized (this.getClass()) {// 双重检查锁(DCL,double checked locking)提高程序的执行效率if (Arrays.asList(reqCache).contains(id)) {// 重复请求System.out.println("请勿重复提交!!!" + id);return "执行失败";}// 记录请求 IDif (reqCacheCounter >= reqCache.length) reqCacheCounter = 0; // 重置计数器reqCache[reqCacheCounter] = id; // 将 ID 保存到缓存reqCacheCounter++; // 下标往后移一位}// 业务代码...System.out.println("添加用户ID:" + id);return "执行成功!";}
}
注意:DCL 适用于重复提交频繁比较高的业务场景,对于相反的业务场景下 DCL 并不适用。
4.完善版——LRUMap
上面的代码基本已经实现了重复数据的拦截,但显然不够简洁和优雅,比如下标计数器的声明和业务处理等,但值得庆幸的是 Apache 为我们提供了一个 commons-collections 的框架,里面有一个非常好用的数据结构 LRUMap
可以保存指定数量的固定的数据,并且它会按照 LRU 算法,帮你清除最不常用的数据。
小贴士:LRU 是 Least Recently Used 的缩写,即最近最少使用,是一种常用的数据淘汰算法,选择最近最久未使用的数据予以淘汰。
首先,我们先来添加 Apache commons collections 的引用:
<!-- 集合工具类 apache commons collections -->
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.commons/commons-collections4 -->
<dependency><groupId>org.apache.commons</groupId><artifactId>commons-collections4</artifactId><version>4.4</version>
</dependency>
实现代码如下:
import org.apache.commons.collections4.map.LRUMap;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;@RequestMapping("/user")
@RestController
public class UserController {// 最大容量 100 个,根据 LRU 算法淘汰数据的 Map 集合private LRUMap<String, Integer> reqCache = new LRUMap<>(100);@RequestMapping("/add")public String addUser(String id) {// 非空判断(忽略)...synchronized (this.getClass()) {// 重复请求判断if (reqCache.containsKey(id)) {// 重复请求System.out.println("请勿重复提交!!!" + id);return "执行失败";}// 存储请求 IDreqCache.put(id, 1);}// 业务代码...System.out.println("添加用户ID:" + id);return "执行成功!";}
}
使用了 LRUMap
之后,代码显然简洁了很多。
5.最终版——封装
以上都是方法级别的实现方案,然而在实际的业务中,我们可能有很多的方法都需要防重,那么接下来我们就来封装一个公共的方法,以供所有类使用:
import org.apache.commons.collections4.map.LRUMap;/*** 幂等性判断*/
public class IdempotentUtils {// 根据 LRU(Least Recently Used,最近最少使用)算法淘汰数据的 Map 集合,最大容量 100 个private static LRUMap<String, Integer> reqCache = new LRUMap<>(100);/*** 幂等性判断* @return*/public static boolean judge(String id, Object lockClass) {synchronized (lockClass) {// 重复请求判断if (reqCache.containsKey(id)) {// 重复请求System.out.println("请勿重复提交!!!" + id);return false;}// 非重复请求,存储请求 IDreqCache.put(id, 1);}return true;}
}
调用代码如下:
import com.example.idempote.util.IdempotentUtils;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;@RequestMapping("/user")
@RestController
public class UserController4 {@RequestMapping("/add")public String addUser(String id) {// 非空判断(忽略)...// -------------- 幂等性调用(开始) --------------if (!IdempotentUtils.judge(id, this.getClass())) {return "执行失败";}// -------------- 幂等性调用(结束) --------------// 业务代码...System.out.println("添加用户ID:" + id);return "执行成功!";}
}
小贴士:一般情况下代码写到这里就结束了,但想要更简洁也是可以实现的,你可以通过自定义注解,将业务代码写到注解中,需要调用的方法只需要写一行注解就可以防止数据重复提交了,老铁们可以自行尝试一下(需要磊哥撸一篇的,评论区留言 666)。
扩展知识——LRUMap 实现原理分析
既然 LRUMap
如此强大,我们就来看看它是如何实现的。
LRUMap
的本质是持有头结点的环回双链表结构,它的存储结构如下:
AbstractLinkedMap.LinkEntry entry;
当调用查询方法时,会将使用的元素放在双链表 header 的前一个位置,源码如下:
public V get(Object key, boolean updateToMRU) {LinkEntry<K, V> entry = this.getEntry(key);if (entry == null) {return null;} else {if (updateToMRU) {this.moveToMRU(entry);}return entry.getValue();}
}
protected void moveToMRU(LinkEntry<K, V> entry) {if (entry.after != this.header) {++this.modCount;if (entry.before == null) {throw new IllegalStateException("Entry.before is null. This should not occur if your keys are immutable, and you have used synchronization properly.");}entry.before.after = entry.after;entry.after.before = entry.before;entry.after = this.header;entry.before = this.header.before;this.header.before.after = entry;this.header.before = entry;} else if (entry == this.header) {throw new IllegalStateException("Can't move header to MRU This should not occur if your keys are immutable, and you have used synchronization properly.");}}
如果新增元素时,容量满了就会移除 header 的后一个元素,添加源码如下:
protected void addMapping(int hashIndex, int hashCode, K key, V value) {// 判断容器是否已满 if (this.isFull()) {LinkEntry<K, V> reuse = this.header.after;boolean removeLRUEntry = false;if (!this.scanUntilRemovable) {removeLRUEntry = this.removeLRU(reuse);} else {while(reuse != this.header && reuse != null) {if (this.removeLRU(reuse)) {removeLRUEntry = true;break;}reuse = reuse.after;}if (reuse == null) {throw new IllegalStateException("Entry.after=null, header.after=" + this.header.after + " header.before=" + this.header.before + " key=" + key + " value=" + value + " size=" + this.size + " maxSize=" + this.maxSize + " This should not occur if your keys are immutable, and you have used synchronization properly.");}}if (removeLRUEntry) {if (reuse == null) {throw new IllegalStateException("reuse=null, header.after=" + this.header.after + " header.before=" + this.header.before + " key=" + key + " value=" + value + " size=" + this.size + " maxSize=" + this.maxSize + " This should not occur if your keys are immutable, and you have used synchronization properly.");}this.reuseMapping(reuse, hashIndex, hashCode, key, value);} else {super.addMapping(hashIndex, hashCode, key, value);}} else {super.addMapping(hashIndex, hashCode, key, value);}}
判断容量的源码:
public boolean isFull() {return size >= maxSize;
}
容量未满就直接添加数据:
super.addMapping(hashIndex, hashCode, key, value);
如果容量满了,就调用 reuseMapping
方法使用 LRU 算法对数据进行清除。
综合来说:LRUMap
的本质是持有头结点的环回双链表结构,当使用元素时,就将该元素放在双链表 header
的前一个位置,在新增元素时,如果容量满了就会移除 header
的后一个元素。
总结
本文讲了防止数据重复提交的 6 种方法,首先是前端的拦截,通过隐藏和设置按钮的不可用来屏蔽正常操作下的重复提交。但为了避免非正常渠道的重复提交,我们又实现了 5 个版本的后端拦截:HashMap 版、固定数组版、双重检测锁的数组版、LRUMap 版和 LRUMap 的封装版。
特殊说明:本文所有的内容仅适用于单机环境下的重复数据拦截,如果是分布式环境需要配合数据库或 Redis 来实现,想看分布式重复数据拦截的老铁们,请给磊哥一个「赞」,如果点赞超过 100 个,咱们更新分布式环境下重复数据的处理方案,谢谢你。
参考 & 鸣谢
https://blog.csdn.net/fenglllle/article/details/82659576
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