Идемпотентные операции в программировании⁠⁠

Всем привет, работаю java разработчиком 10 лет. В широком смысле вся разработка сводится к применению операций к данным. Операции могут обладать свойствами, в этом посте я бы хотел рассказать про свойство идемпотентности.

Пусть исходными данными будет число 5, а операцией будет "умножить на 2". В зависимости от количества n применений операции будем получать разный результат:

n = 0 -> 5
n = 1 -> 10
n = 2 -> 20 и так далее

Ничего удивительного. Но если возьмем операцию "умножить на 0" то результат будет следующий:

n = 0 -> 5
n = 1 -> 0
n = 2 -> 0 и так далее

Видно, что после n = 1 результат не меняется. Свойство операции давать одинаковый результат при однократном и многократном применении называется идемпотентностью. Получается, что операция "умножить на 0" идемпотентна, а "умножить на 2" нет.

Рассмотрим более близкую к бизнесу ситуацию. За баланс пользователя сотового оператора отвечает один сервис, а обработкой платежей занимается другой. Пользователь хочет пополнить телефон, деньги с карты уже списали, и осталось дождаться когда увеличится баланс. Нужно чтобы сервис баланса выполнил операцию "зачислить пользователю Васе 100р", а поручение на это дает сервис платежей:

Но что делать сервису платежей, если он не получил положительный ответ от сервиса баланса? Сетевое подключение не стабильно, и проблема может произойти:

• в момент отправки поручения - тогда Вася не увидит свои 100р, будет писать в техподдержку

• в момент доставки ответа - тогда пользователь увидит зачисление

Проблема в том, что сервис платежей не может достоверно понять, было обработано поручение или нет. Он видит только что не пришел положительный ответ. Сетевые проблемы исчезают так же быстро как появляются, и можно было бы попробовать отправить поручение еще раз (retry). Но что если в первый раз поручение таки было успешно обработано, и в случае ретрая баланс пользователя будет увеличен еще раз, в сумме на 200р?

Представим что операция увеличения баланса - идемпотентная. Тогда можно было бы ретраить подачу поручения множество раз (n >= 1), и в конечном счете получить успешный ответ. При этом повторные начисления будут исключены (так как результат операции для n > 1 такой же как для n = 1).

Чтобы операция пополнения баланса стала идемпотентной, нужно сначала предусмотреть возможность установить уникальность операции. Если Вася пополнял баланс на 100р дважды - вчера и сегодня - то такие операции должны интерпретироваться как разные. Получается, можно было бы различать операции по такому набору атрибутов: {имя пользователя, сумма, дата}. Еще лучше использовать синтетический идентификатор, например id операции списания с карты.

Итак, сервис платежей, помимо бизнес атрибутов, передает технический атрибут - id. Сервис баланса запоминает id обработанных ранее поручений, и игнорирует повторную обработку, в любом случае возвращая успешный ответ. Усилиями двух сервисов операция зачисления стала идемпотентной.

Если тема показалась интересной, и есть пожелания разобрать еще что-нибудь из бекенда, пишите их в комментарии. Всем удачных проектов!