什么是接口的幂等性,如何确保它的幂等性?
什么是接口的幂等性,如何保证接口的幂等性?
1.前言☕
大家好,我是Leo哥????????????,有半个月没更新了,最近都忙着工作跟其他事情,博客水都没时间水了。这不年前几天,没啥任务了,昨天看了下关于幂等性的一些问题,今天早上抽空写了篇博客,分享给大家。好了,话不多说让我们开始吧????????????。
2.什么是幂等性
幂等是一个数学与计算机学概念,在数学中某一元运算为幂等时,其作用在任一元素两次后会和其作用一次的结果相同。在计算机中编程中,一个幂等操作的特点是其任意多次执行所产生的影响均与一次执行的影响相同。幂等函数或幂等方法是指可以使用相同参数重复执行,并能获得相同结果的函数。这些函数不会影响系统状态,也不用担心重复执行会对系统造成改变。
3.什么是接口幂等性
所谓接口幂等性,就是一次和多次请求某一个资源对于资源本身应该具有同样的结果。
接口的 幂等性(Idempotence) 是指一个操作在执行一次和多次执行时,其结果是一样的
。换句话说,无论这个操作被执行多少次,它对系统状态的影响都是相同的。幂等性是分布式系统中的一个重要概念,它有助于确保系统的健壮性和一致性。
在网络通信和 API 设计中,幂等性尤为重要,因为它可以防止由于网络重传、客户端或服务器端的重复请求等问题导致的数据不一致。例如,一个幂等的 HTTP 请求(如 GET 或 PUT 请求)在多次发送时,服务器应该能够正确处理,确保不会对资源造成意外的影响。
4.应用场景
不知道以下场景,朋友们是否遇到过:
- 前端重复提交表单: 在填写一些表格时候,用户填写完成提交,很多时候会因网络波动没有及时对用户做出提交成功响应,致使用户认为没有成功提交,然后一直点提交按钮,这时就会发生重复提交表单请求。
- 用户恶意进行刷单: 例如在实现用户投票这种功能时,如果用户针对一个用户进行重复提交投票,这样会导致接口接收到用户重复提交的投票信息,这样会使投票结果与事实严重不符。
- 接口超时重复提交: 很多时候 HTTP 客户端工具都默认开启超时重试的机制,尤其是第三方调用接口时候,为了防止网络波动超时等造成的请求失败,都会添加重试机制,导致一个请求提交多次。
- 消息进行重复消费: 当使用 MQ 消息中间件时候,如果发生消息中间件出现错误未及时提交消费信息,导致发生重复消费。
没错,这些都是幂等性问题。
接口幂等性
是指用户对于同一操作发起的一次请求或者多次请求的结果是一致的,不会因为多次点击而产生了副作用。
这类问题多发于接口的:
-
insert
操作,这种情况下多次请求,可能会产生重复数据。 -
update
操作,如果只是单纯的更新数据,比如:update user set status=1 where id=1
,是没有问题的。如果还有计算,比如:update user set status=status+1 where id=1
,这种情况下多次请求,可能会导致数据错误。
5.解决方案
5.1 insert之前先select
通常情况下,在保存数据的接口中,我们为了防止产生重复数据,一般会在insert
前,先根据name
字段select
一下数据。如果该数据已存在,则执行update
操作,如果不存在,才执行 insert
操作。
5.2 数据库唯一索引
大多数情况下,我们为了防止数据重复提交,我们都会在表中添加唯一索引,这个一个非常简单而且有奇效的方案。
alter table `order` add UNIQUE KEY `t_code` (`code`);
加了唯一索引之后,第一次请求数据可以插入成功。但后面的相同请求,插入数据时会报Duplicate entry '002' for key 'order.t_code
异常,表示唯一索引有冲突。
具体流程图如下:
5.3 Token机制
针对客户端连续点击或者调用方的超时重试等情况,例如提交订单,此种操作就可以用 Token 的机制实现防止重复提交。简单的说就是调用方在调用接口的时候先向后端请求一个全局 ID(Token),请求的时候携带这个全局 ID 一起请求 (Token 最好将其放到 Headers 中) ,后端需要对这个 Token 作为 Key,用户信息作为 Value 到 Redis 中进行键值内容校验,如果 Key 存在且 Value 匹配就执行删除命令,然后正常执行后面的业务逻辑。如果不存在对应的 Key 或 Value 不匹配就返回重复执行的错误信息,这样来保证幂等操作。
该方案跟之前的所有方案都有点不一样,需要两次请求才能完成一次业务操作。
- 第一次请求获取
token
- 第二次请求带着这个
token
,完成业务操作。
具体流程图如下:
5.4 悲观锁机制
比如某银行有个转账场景,用户A手里有200块钱,想转出100元,正常情况下,用户A转账之后只剩下了100元,SQL如下:
update user amount = amount-100 where id=888;
但是实际情况下,并非如此,如果有个相同的请求进来,用户A的账户就会一直扣减,直到变成负数。这种情况,用户A直接哭死,在业务场景中也是不允许出现的。
通常情况下通过如下sql锁住单行数据:
select * from user id=888 for update;
具体步骤:
- 多个请求同时根据id查询用户信息。
- 判断余额是否不足100,如果余额不足,则直接返回余额不足。
- 如果余额充足,则通过for update再次查询用户信息,并且尝试获取锁。
- 只有第一个请求能获取到行锁,其余没有获取锁的请求,则等待下一次获取锁的机会。
- 第一个请求获取到锁之后,判断余额是否不足100,如果余额足够,则进行update操作。
- 如果余额不足,说明是重复请求,则直接返回成功。
悲观锁需要在同一个事务操作过程中锁住一行数据,如果事务耗时比较长,会造成大量的请求等待,影响接口性能。
此外,每次请求接口很难保证都有相同的返回值,所以不适合幂等性设计场景,但是在防重场景中是可以的使用的。
5.5 乐观锁机制
因为悲观锁是比较消耗的性能的操作,那么我们为了提高接口性能,完全可以使用乐观锁。需要再表中添加一个version字段。
比如:
alter table user add version int(2);
每当我们更新数据的时候,需要对我们的版本号+1
update user set amount = amount+100,version=version+1 where id = 888 and version =1
更新数据的同时version+1
,然后判断本次update
操作的影响行数,如果大于0,则说明本次更新成功,如果等于0,则说明本次更新没有让数据变更。
等到下一个请求过来的时候,依然回去执行这行SQL,此时发现,根本不可能满足,version= 1
这个条件,因为version
值已经修改了,那么前面必定已经成功过一次,后面都是重复的请求。
流程图如下:
具体步骤:
- 先根据id查询用户信息,包含version字段
- 根据id和version字段值作为where条件的参数,更新用户信息,同时version+1
- 判断操作影响行数,如果影响1行,则说明是一次请求,可以做其他数据操作。
- 如果影响0行,说明是重复请求,则直接返回成功。
5.6 建防重表
有时候我们的表中需要一些重复数据,只有一些特殊场景才不需要重复数据,此时我们上面的唯一索引方案可能就不太行了。
这时候,直接在表中加唯一索引,显然是不太合适的。
针对这种情况,我们可以通过建防重表
来解决问题。
简单来说就是我们再单独建立一张表,只需要含有id和唯一索引,当然唯一索引可以是多个字段比如:name、code等组合起来的唯一标识
流程图如下:
具体步骤:
- 用户通过浏览器发起请求,服务端收集数据。
- 将该数据插入mysql防重表。
- 判断是否执行成功,如果成功,则做mysql其他的数据操作(可能还有其他的业务逻辑)。
- 如果执行失败,捕获唯一索引冲突异常,直接返回成功。
6.代码实践
以上我们都是给出了一些大概的解决方案跟思路,接下来Leo哥大家以Token机制为例,用代码实现如果解决接口的幂等性。
首先我们来回顾一下Token机制的整个流程。
下面开始直接上代码。
首先准备一个springboot工程项目,只需要添加两个依赖即可。
然后开始编写Redis工具类跟一个简单的Token工具类。
RedisService
package org.javatop.idempotent.token;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.ValueOperations;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @author : Leo
* @version 1.0
* @date 2024-02-01 21:03
* @description :
*/
@Component
public class RedisService {
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
public boolean setEx(String key, Object value, Long expireTime) {
boolean result = false;
try {
ValueOperations ops = redisTemplate.opsForValue();
ops.set(key, value);
redisTemplate.expire(key, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
result = true;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return result;
}
/**
* 判断key是否存在
* @param key key
* @return
*/
public boolean exists(String key) {
return Boolean.TRUE.equals(redisTemplate.hasKey(key));
}
/**
* 删除key
* @param key key
* @return
*/
public boolean remove(String key) {
if (exists(key)) {
return Boolean.TRUE.equals(redisTemplate.delete(key));
}
return false;
}
}
TokenService
主要是生成一个全局唯一不重复的Token,以及前端请求过来被拦截后需要检验token的方法。
package org.javatop.idempotent.token;
import io.micrometer.common.util.StringUtils;
import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
import org.javatop.idempotent.exception.IdempotentException;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.UUID;
/**
* @author : Leo
* @version 1.0
* @date 2024-02-01 21:01
* @description :
*/
@Component
public class TokenService {
@Autowired
RedisService redisService;
public String createToken() {
String uuid = UUID.randomUUID().toString();
redisService.setEx(uuid, uuid, 10000L);
return uuid;
}
public boolean checkToken(HttpServletRequest request) throws IdempotentException {
String token = request.getHeader("token");
if (StringUtils.isEmpty(token)) {
token = request.getParameter("token");
if (StringUtils.isEmpty(token)) {
throw new IdempotentException("token 不存在");
}
}
if (!redisService.exists(token)) {
throw new IdempotentException("重复的操作");
}
boolean remove = redisService.remove(token);
if (!remove) {
throw new IdempotentException("重复的操作");
}
return true;
}
}
自定义幂等注解
我们自定义一个幂等注解,来对我们想要幂等性一致的接口进行标识。
/**
* @author : Leo
* @version 1.0
* @date 2024-02-01 21:17
* @description : 幂等注解
*/
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface AutoIdempotent {
}
添加拦截器
在拦截器中,我们解析出所有的请求,标注有幂等注解的请求,我们去检验他的token,然后来决定下一步操作。
package org.javatop.idempotent.interceptor;
import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
import jakarta.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.javatop.idempotent.annotation.AutoIdempotent;
import org.javatop.idempotent.exception.IdempotentException;
import org.javatop.idempotent.token.TokenService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.method.HandlerMethod;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;
/**
* @author : Leo
* @version 1.0
* @date 2024-02-01 21:14
* @description :
*/
@Component
public class IdempotentInterceptor implements HandlerInterceptor {
@Autowired
TokenService tokenService;
@Override
public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
if (!(handler instanceof HandlerMethod)) {
return true;
}
HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
AutoIdempotent idempotent = handlerMethod.getMethod().getAnnotation(AutoIdempotent.class);
if (idempotent != null) {
try {
return tokenService.checkToken(request);
} catch (IdempotentException e) {
throw e;
}
}
return true;
}
}
测试
最后编写接口进行测试。
首先生成一个Token,然后把这个token放到hello接口的请求头上面。
可以看到,第一次可以正常访问接口
但当你第二次访问该接口的时候,已经提示你操作重复了。因为在我们第一次访问接口之后,就把Redis中的token删除了。
7.总结
以上便是本文的全部内容,本人才疏学浅,文章有什么错误的地方,欢迎大佬们批评指正!我是Leo,一个在互联网行业的小白,立志成为更好的自己。
如果你想了解更多关于Leo,可以关注公众号-程序员Leo,后面文章会首先同步至公众号。
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Resources.blogscopia 本网站由一家名为Scopia的公司创建。他们制作3D图像和视频,您可以找到许多为CGI工作的信息架构设计的模型,所有这些都可以在现实生活中使用。您可以免费下载它们,但是,如果您想一次下载它们,您可以支付 3 到 9 欧元。 使用说明:您可以免费下载模型部分的所有文件。每个压缩文件都包含您也可以在此处找到的许可证。基本上,您可以对文件执行任何操作。唯一的限制是不归属于Scopia的重新分发。 26.ambientCG 1000+公共领域PBR材料适合所有人!环境CG是使用许多不同的方法和资产类型创建的,例如照片纹理(PBR),贴花(PBR),图集(PBR),照片纹理(普通),物质存档(SBSAR),雕刻画笔,3D模型和地形。您可以在所有项目中*使用它们! 使用说明:在 ambientCG 上提供下载的所有 PBR 材料、画笔、照片和 3D 模型均根据知识共享 CC0 1.0 通用许可提供。您可以复制、修改、分发和执行作品,即使是出于商业目的,也无需征得许可。信用将不胜感激。 不要满足于平庸的大理石纹理 - 立即使用我们的免费PBR大理石纹理升级您的3D设计。 27.Pixar One Twenty Eight 这是一个提供官方动画行业经典纹理的网站:皮克斯,创建于 1993 年,该纹理库包括 128 个重复纹理,现在免费提供。 它包含您来到的纹理,包括砖块和动物毛皮。肯定会有一些你可以使用的东西。 使用说明:皮克斯动画工作室的《Pixar One Twenty Eight》根据知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。即使出于商业目的,您也可以重新混合、调整和构建您的作品,只要您以相同的条款对新创作进行信用和许可。 访问数以千计的免费纹理并提升您的设计游戏 - 立即开始下载! 28. 3DXO 即使有近 620 个免费贴纸可供下载,3DXO 也不是最大的资源,但它的内容非常有用,不需要注册。无论是简单的墙壁或地板,还是一些奇怪的小东西,您都需要的纹理都可以在此网站上看到。 使用说明:使用权限可能因型号而异。因此,在下载文件之前,请仔细检查每个下载页面上的许可证和使用权限。 29. 3DModelsCC0 3DModelsCC0 与其他产品的不同之处在于它包含超过 250+ 个高质量 3D 模型,并且本网站上的所有内容都是免费的,完全是公共领域!使用我们的模型时无需信用或归属! 使用说明:为每个人提供完全免费的公共领域内容。 30.Sketch up texture club Sketchup Texture Club是一个非营利性的教育和信息门户网站,由3D社区的图像促进协会管理,特别强调面向学生和建筑和室内设计专业人士的可视化和渲染技术,以及所有正在学习3D可视化的人。 使用说明:您无需支付版税或使用费。纹理可以免费下载和使用。不允许将纹理作为竞争产品出售或重新分发,即使图像被修改也是如此。 31. FlippedNormals FlippedNormal 是一个提供计算机图形和 3D 资产的市场,您可以找到许多用于雕刻、建模、纹理、概念艺术、3D 模型、游戏资产或课程的高级资产! 使用说明:使用权限可能因型号而异。因此,在下载文件之前,请仔细检查每个下载页面上的许可证和使用权限。 32. NASA 3D NASA 3D网站是一个在线门户,提供与太空和各种NASA任务相关的大量三维模型和模拟。该网站是用户友好的,并提供有关每个型号的详细信息。该网站允许用户探索和下载几种不同格式的模型,包括 OBJ、STL 和 FBX,只需单击下载按钮即可。 使用说明: 要下载模型,只需单击模型页面上的下载按钮并选择所需的格式。 33. 3DAGOGO (Astroprint) 3DAGOGO 是一个提供广泛 3D 模型的网站,包括角色、车辆和建筑物。3DAGOGO 的独特功能之一是它专注于适合 3D 打印的模型,使其成为希望创建物理原型或模型的设计师的绝佳资源。要使用 3DAGOGO,设计师只需在网站上搜索他们正在寻找的模型类型,然后下载 STL 格式的文件。 使用说明: 要使用 3DAGOGO,只需搜索所需的 3D 模型类型并下载 STL 格式的文件。根据需要自定义模型,并确保在将其用于商业目的之前检查使用权限。 34. FreeCAD FreeCAD是一款了不起的3D建模软件,可让您在计算机上创建令人难以置信的3D设计。该软件可免费下载和使用,它提供了广泛的工具和功能,可用于创建用于各种目的的3D模型。 该网站易于浏览,您可以找到开始使用FreeCAD的所有必要信息。此外,该网站还提供一系列教程和指南,可帮助您了解 3D 建模的来龙去脉。 使用说明: 要下载模型,请访问网站并从库中选择所需的模型。该网站还提供了一系列使用该软件的教程和指南。 35. Pinshape Pinshape是一个提供一系列3D打印模型的网站。网站上提供的型号质量很高,因此您可以确保您的最终印刷产品看起来很棒。该网站提供了广泛的模型,包括从家居用品到小雕像和珠宝的所有物品。 但这还不是Pinshape所能提供的全部!该网站还允许用户上传和共享自己的3D模型。这意味着您不仅可以下载出色的模型,还可以通过分享自己的设计为社区做出贡献。此外,Pinshape 提供了一系列自定义选项,因此您可以调整和调整模型以满足您的特定需求。 使用说明: 要下载模型,请在网站上创建一个帐户,搜索所需的模型,然后单击下载按钮。该网站还为每种型号提供了一系列定制选项。 36.Yeggi Yeggi 提供了大量免费的 3D 模型,您可以下载各种格式的模型,例如 STL、OBJ 和 FBX。该网站易于使用,您可以按关键字、类别或特定网站搜索模型。 Yeggi 对于任何寻找 3D 模型的人来说都是一个很好的资源。它提供了大量的模型集合,从日常物品到复杂的机械,以及介于两者之间的一切。该网站的收藏量在不断增长,每天都有新的型号增加。 使用说明: 要下载模型,请在网站上搜索所需的模型,然后单击下载按钮。该网站还提供指向托管模型的原始网站的链接。 37. Open3DModel 来自开放3D模型的图像 Open3DModel具有各种类别的模型,包括建筑,车辆和角色。无论您需要建筑物,汽车还是人的3D模型,都可以在此网站上找到。 该网站易于浏览,您可以按类别或关键字搜索模型。每个模型都附带预览图像和详细信息,例如文件格式、大小和多边形数量。此信息可以帮助您选择适合您需求的模型。 使用说明: 要下载模型,请访问网站,从库中选择所需的模型,然后单击下载按钮。 使用最好的 3D 资产管理工具简化您的 3D 制作流程。立即试用它们,将您的 3D 项目提升到一个新的水平! 38. 3DExport 对于那些为其 3D 设计项目寻找 3D 模型、纹理和其他资源的人来说,该平台是一个很好的资源。该网站有大量模型可供选择,包括 3D 打印对象、游戏资产等。用户可以按类别、文件格式或价格范围浏览,以找到适合其项目的完美资源。此外,3DExport 还提供一系列教程和其他 3D 资源,以帮助用户提高技能并创建更令人印象深刻的设计。 使用说明: 要使用 3DExport,只需创建一个帐户并浏览可用型号。您可以按类别、格式和价格进行搜索,以找到所需的型号。找到喜欢的模型后,只需下载它并开始在您的项目中使用它。 39.Blend Swap Blend Swap是一个社区驱动的市场,提供与Blender软件兼容的各种免费3D模型。该平台允许用户共享和下载模型、纹理和其他资产,以便在他们的项目中使用。 使用说明: 创建免费帐户后,您可以浏览社区上传的大量3D模型。当您找到要使用的一个时,只需下载它并将其导入您选择的 3D 软件即可。 40. 3DShook 3DShook 是一个高级 3D 模型市场,提供一系列用于建筑、游戏等各个行业的高质量模型。该平台提供基于订阅的模型,具有不同的定价计划,允许用户访问一系列模型。 使用说明: 注册免费帐户后,只需浏览3D模型库,选择您喜欢的模型,然后以您需要的格式下载它们。 41. Smithsonian X 3D 史密森尼 X 3D 对于正在寻找历史文物和文物的高质量 3D 模型的设计师来说,这是一个独特的资源。该平台提供了大量3D模型,这些模型是根据史密森尼博物馆和研究中心中的真实物体扫描创建的。 使用说明:
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统计学习 04:假设检验(以 t 检验为例)和 P 值 - 要点 I. 假设检验的一般思路 假设检验 清楚你的问题是什么?期望得出什么结论? 例如,两种药物的疗效是否存在差异,自变量与因变量之间是否存在回归关系 .... 请始终牢记,假设检验回答的是是否存在某种关系的问题:它并不衡量这种关系有多大。 提出两种假设:零假设 (H0) 和备择假设 (H1) 零假设与备择假设相反,一般来说,研究的目的是证明原假设是错误的,即得出备择假设的结论。 例如,如果实验预期希望两种药物的疗效存在差异,那么 H0:μ1 - μ2 = 0;H1:μ1 - μ2 ≠ 0 H0:μ1-μ2 = 0 的一般形式称为双侧检验,而 >、<等零假设称为单侧检验。一般来说双侧检验更为常见,下面也主要介绍这种方法。 单尾或双尾测试 根据原始数据计算零假设概率分布的统计量(t 值、Z 值、F 值等)。 根据问题的性质选择合适的概率检验方法,从而计算出相应的统计量值;因此,不同情况的统计量值有不同的计算方法。 根据计算出的统计量值,利用统计软件,可以知道相应的 p 值是多少 也可以先确定一个合适的显著性水平(0.0.001....),并计算其临界值,再与我们计算出的统计量值进行比较,从而做出判断。 根据第四步的比较结果,如果 p 值小于预期的显著性水平(α,通常设定为 0.05),则认为该统计量远离原假设分布,属于小概率事件,则拒绝原假设,从而接受备择假设。 决定 要点 2:以 t 检验为例,演示上述假设检验思路。 t 检验基于 t 分布,常见的 t 检验有三种,如下图所示,但我认为第三种配对设计可能更常用(零假设:差异是否为零),下面介绍的例子就是一种配对设计 三次 t 检验 举例测量两组大鼠肝脏中维生素 A 的含量,比较两组大鼠维生素 A 含量是否有差异。数据如下 数据 (1) 预计两组大鼠的维生素 A 水平存在差异 (2) H0:μd=0,H1:μd≠0,α=0.05,双侧检验 (3) t 统计量的计算 配方 计算 上述程序计算的是*度为 7 的 t 分布情况下的 t 值。只需理解公式即可,不同的方法有不同的公式,这些交给统计软件即可。
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F#探险之旅(二):函数式编程(上)-函数式编程范式简介 F#主要支持三种编程范式:函数式编程(Functional Programming,FP)、命令式编程(Imperative Programming)和面向对象(Object-Oriented,OO)的编程。回顾它们的历史,FP是最早的一种范式,第一种FP语言是IPL,产生于1955年,大约在Fortran一年之前。第二种FP语言是Lisp,产生于1958,早于Cobol一年。Fortan和Cobol都是命令式编程语言,它们在科学和商业领域的迅速成功使得命令式编程在30多年的时间里独领风骚。而产生于1970年代的面向对象编程则不断成熟,至今已是最流行的编程范式。有道是“*代有语言出,各领风骚数十年”。 尽管强大的FP语言(SML,Ocaml,Haskell及Clean等)和类FP语言(APL和Lisp是现实世界中最成功的两个)在1950年代就不断发展,FP仍停留在学院派的“象牙塔”里;而命令式编程和面向对象编程则分别凭着在商业领域和企业级应用的需要占据领先。今天,FP的潜力终被认识——它是用来解决更复杂的问题的(当然更简单的问题也不在话下)。 纯粹的FP将程序看作是接受参数并返回值的函数的集合,它不允许有副作用(side effect,即改变了状态),使用递归而不是循环进行迭代。FP中的函数很像数学中的函数,它们都不改变程序的状态。举个简单的例子,一旦将一个值赋给一个标识符,它就不会改变了,函数不改变参数的值,返回值是全新的值。 FP的数学基础使得它很是优雅,FP的程序看起来往往简洁、漂亮。但它无状态和递归的天性使得它在处理很多通用的编程任务时没有其它的编程范式来得方便。但对F#来说这不是问题,它的优势之一就是融合了多种编程范式,允许开发人员按照需要采用最好的范式。 关于FP的更多内容建议阅读一下这篇文章:Why Functional Programming Matters(中文版)。F#中的函数式编程 从现在开始,我将对F#中FP相关的主要语言结构逐一进行介绍。标识符(Identifier) 在F#中,我们通过标识符给值(value)取名字,这样就可以在后面的程序中引用它。通过关键字let定义标识符,如: let x = 42 这看起来像命令式编程语言中的赋值语句,两者有着关键的不同。在纯粹的FP中,一旦值赋给了标识符就不能改变了,这也是把它称为标识符而非变量(variable)的原因。另外,在某些条件下,我们可以重定义标识符;在F#的命令式编程范式下,在某些条件下标识符的值是可以修改的。 标识符也可用于引用函数,在F#中函数本质上也是值。也就是说,F#中没有真正的函数名和参数名的概念,它们都是标识符。定义函数的方式与定义值是类似的,只是会有额外的标识符表示参数: let add x y = x + y 这里共有三个标识符,add表示函数名,x和y表示它的参数。关键字和保留字关键字是指语言中一些标记,它们被编译器保留作特殊之用。在F#中,不能用作标识符或类型的名称(后面会讨论“定义类型”)。它们是: abstract and as asr assert begin class default delegate do donedowncast downto elif else end exception extern false finally forfun function if in inherit inline interface internal land lazy letlor lsr lxor match member mod module mutable namespace new nullof open or override private public rec return sig static structthen to true try type upcast use val void when while with yield 保留字是指当前还不是关键字,但被F#保留做将来之用。可以用它们来定义标识符或类型名称,但编译器会报告一个警告。如果你在意程序与未来版本编译器的兼容性,最好不要使用。它们是: atomic break checked component const constraint constructor continue eager event external fixed functor global include method mixinobject parallel process protected pure sealed trait virtual volatile 文字值(Literals) 文字值表示常数值,在构建计算代码块时很有用,F#提供了丰富的文字值集。与C#类似,这些文字值包括了常见的字符串、字符、布尔值、整型数、浮点数等,在此不再赘述,详细信息请查看F#手册。 与C#一样,F#中的字符串常量表示也有两种方式。一是常规字符串(regular string),其中可包含转义字符;二是逐字字符串(verbatim string),其中的(")被看作是常规的字符,而两个双引号作为双引号的转义表示。下面这个简单的例子演示了常见的文字常量表示: let message = "Hello World"r"n!" // 常规字符串let dir = @"C:"FS"FP" // 逐字字符串let bytes = "bytes"B // byte 数组let xA = 0xFFy // sbyte, 16进制表示let xB = 0o777un // unsigned native-sized integer,8进制表示let print x = printfn "%A" xlet main = print message; print dir; print bytes; print xA; print xB; main Printf函数通过F#的反射机制和.NET的ToString方法来解析“%A”模式,适用于任何类型的值,也可以通过F#中的print_any和print_to_string函数来完成类似的功能。值和函数(Values and Functions) 在F#中函数也是值,F#处理它们的语法也是类似的。 let n = 10let add a b = a + blet addFour = add 4let result = addFour n printfn "result = %i" result 可以看到定义值n和函数add的语法很类似,只不过add还有两个参数。对于add来说a + b的值自动作为其返回值,也就是说在F#中我们不需要显式地为函数定义返回值。对于函数addFour来说,它定义在add的基础上,它只向add传递了一个参数,这样对于不同的参数addFour将返回不同的值。考虑数学中的函数概念,F(x, y) = x + y,G(y) = F(4, y),实际上G(y) = 4 + y,G也是一个函数,它接收一个参数,这个地方是不是很类似?这种只向函数传递部分参数的特性称为函数的柯里化(curried function)。 当然对某些函数来说,传递部分参数是无意义的,此时需要强制提供所有参数,可是将参数括起来,将它们转换为元组(tuple)。下面的例子将不能编译通过: let sub(a, b) = a - blet subFour = sub 4 必须为sub提供两个参数,如sub(4, 5),这样就很像C#中的方法调用了。 对于这两种方式来说,前者具有更高的灵活性,一般可优先考虑。 如果函数的计算过程中需要定义一些中间值,我们应当将这些行进行缩进: let halfWay a b = let dif = b - a let mid = dif / 2 mid + a 需要注意的是,缩进时要用空格而不是Tab,如果你不想每次都按几次空格键,可以在VS中设置,将Tab字符自动转换为空格;虽然缩进的字符数没有限制,但一般建议用4个空格。而且此时一定要用在文件开头添加#light指令。作用域(Scope)作用域是编程语言中的一个重要的概念,它表示在何处可以访问(使用)一个标识符或类型。所有标识符,不管是函数还是值,其作用域都从其声明处开始,结束自其所处的代码块。对于一个处于最顶层的标识符而言,一旦为其赋值,它的值就不能修改或重定义了。标识符在定义之后才能使用,这意味着在定义过程中不能使用自身的值。 let defineMessage = let message = "Help me" print_endline message // error 对于在函数内部定义的标识符,一般而言,它们的作用域会到函数的结束处。 但可使用let关键字重定义它们,有时这会很有用,对于某些函数来说,计算过程涉及多个中间值,因为值是不可修改的,所以我们就需要定义多个标识符,这就要求我们去维护这些标识符的名称,其实是没必要的,这时可以使用重定义标识符。但这并不同于可以修改标识符的值。你甚至可以修改标识符的类型,但F#仍能确保类型安全。所谓类型安全,其基本意义是F#会避免对值的错误操作,比如我们不能像对待字符串那样对待整数。这个跟C#也是类似的。 let changeType = let x = 1 let x = "change me" let x = x + 1 print_string x 在本例的函数中,第一行和第二行都没问题,第三行就有问题了,在重定义x的时候,赋给它的值是x + 1,而x是字符串,与1相加在F#中是非法的。 另外,如果在嵌套函数中重定义标识符就更有趣了。 let printMessages = let message = "fun value" printfn "%s" message; let innerFun = let message = "inner fun value" printfn "%s" message innerFun printfn "%s" message printMessages 打印结果: fun value inner fun valuefun value 最后一次不是inner fun value,因为在innerFun仅仅将值重新绑定而不是赋值,其有效范围仅仅在innerFun内部。递归(Recursion)递归是编程中的一个极为重要的概念,它表示函数通过自身进行定义,亦即在定义处调用自身。在FP中常用于表达命令式编程的循环。很多人认为使用递归表示的算法要比循环更易理解。 使用rec关键字进行递归函数的定义。看下面的计算阶乘的函数: let rec factorial x = match x with | x when x < 0 -> failwith "value must be greater than or equal to 0" | 0 -> 1 | x -> x * factorial(x - 1) 这里使用了模式匹配(F#的一个很棒的特性),其C#版本为: public static long Factorial(int n) { if (n < 0) { throw new ArgumentOutOfRangeException("value must be greater than or equal to 0"); } if (n == 0) { return 1; } return n * Factorial (n - 1); } 递归在解决阶乘、Fibonacci数列这样的问题时尤为适合。但使用的时候要当心,可能会写出不能终止的递归。匿名函数(Anonymous Function) 定义函数的时候F#提供了第二种方式:使用关键字fun。有时我们没必要给函数起名,这种函数就是所谓的匿名函数,有时称为lambda函数,这也是C#3.0的一个新特性。比如有的函数仅仅作为一个参数传给另一个函数,通常就不需要起名。在后面的“列表”一节中你会看到这样的例子。除了fun,我们还可以使用function关键字定义匿名函数,它们的区别在于后者可以使用模式匹配(本文后面将做介绍)特性。看下面的例子: let x = (fun x y -> x + y) 1 2let x1 = (function x -> function y -> x + y) 1 2let x2 = (function (x, y) -> x + y) (1, 2) 我们可优先考虑fun,因为它更为紧凑,在F#类库中你能看到很多这样的例子。 注意:本文中的代码均在F# 1.9.4.17版本下编写,在F# CTP 1.9.6.0版本下可能不能通过编译。 F#系列随笔索引页面