Idempotency، که ریشه در ریاضیات و علوم کامپیوتر دارد، به یک ویژگی مهم در طراحی APIها و سرویس‌ها اشاره دارد که مشخص می‌کند اجرای مکرر یک عملیات خاص، نتایج جانبی (Side Effects) مشابهی با اجرای یکباره آن دارد. در مقابل، عملیات Non-Idempotent قرار دارند که هر بار اجرا، حالت سیستم را به شکلی جدید و متفاوت تغییر می‌دهند.

در این مقاله، به تفصیل به تفاوت‌های اساسی میان عملیات Idempotent و Non-Idempotent می‌پردازیم. ما بررسی خواهیم کرد که چگونه و چرا طراحی سرویس‌ها با در نظر گرفتن Idempotency، به‌ویژه در سناریوهای پرداخت، صف‌بندی پیام‌ها و به‌روزرسانی‌های داده، برای تضمین پایداری و جلوگیری از مشکلات حیاتی مانند دو-اجرایی شدن (Double Execution) و اختلال در حالت سیستم (System State Corruption)، ضروری است. درک این مفاهیم، سنگ بنای طراحی سیستم‌های توزیع شده مدرن، قابل مقیاس و قابل اعتماد است.

Idempotency (توانایی تکرار) چیست؟

تعریف ریاضیاتی و کاربرد در مهندسی نرم‌افزار

Idempotency در اصل یک ویژگی ریاضیاتی است که بیان می‌کند یک تابع یا عملیات (مانند ضرب در ۰ یا گرفتن قدر مطلق) در صورت اعمال مکرر، همان نتیجه اولیه را تولید می‌کند. به عبارت دیگر، $f(f(x)) = f(x)$.

در مهندسی نرم‌افزار، این مفهوم به تأثیرات جانبی (Side Effects) عملیات می‌پردازد:

• Idempotent Operation: عملیاتی است که حالت سیستم (System State) پس از اجرای $N$ بار، دقیقاً مشابه حالت سیستم پس از اجرای $1$ بار آن عملیات باشد.

  نکته کلیدی: Idempotency به تأثیر جانبی نهایی مربوط می‌شود، نه لزوماً نتیجه بازگشتی (Response) عملیات. پاسخ عملیات مکرر ممکن است متفاوت باشد (مثلاً بار اول ۲01 Created و بار دوم 200 OK یا 409 Conflict)، اما حالت داده‌ها در سرور نباید پس از اجرای دوم، سوم و... دوباره تغییر کند.

کاربرد عملی و اهمیت آن در سیستم‌های توزیع‌شده

در یک محیط توزیع‌شده، به‌ویژه در ارتباطات ناهمزمان (Asynchronous) یا هنگام استفاده از پروتکل‌های شبکه مانند HTTP، شکست‌های موقت یا تأخیرها رایج هستند. اگر یک کلاینت یک درخواست را ارسال کند و قبل از دریافت پاسخ، اتصال قطع شود یا زمان آن منقضی شود، کلاینت نمی‌داند:

1. آیا عملیات در سرور با موفقیت انجام شده است؟

2. آیا عملیات اصلاً به سرور رسیده است؟

در این حالت، کلاینت معمولاً درخواست را مجدداً ارسال می‌کند (Retry).

• اگر عملیات Idempotent باشد، این تکرار هیچ مشکلی ایجاد نمی‌کند؛ حتی اگر تراکنش اول با موفقیت انجام شده باشد، اجرای مجدد آن تأثیر مخربی نخواهد داشت (مانند کسر مجدد پول).

• اگر عملیات Non-Idempotent باشد، تکرار منجر به یک خطای منطقی جدی می‌شود (مانند صدور فاکتور دوم یا کسر دوبرابری مبلغ از حساب).

مثال‌های متداول Idempotency: