Veebi esiotsa lukkude API: ressursi sünkroniseerimise primitiivid robustsete rakenduste jaoks

Kaasaegses veebiarenduses hõlmab interaktiivsete ja funktsioonirikaste rakenduste loomine sageli jagatud ressursside haldamist ja samaaegsete toimingute käsitlemist. Ilma korralike sünkroniseerimismehhanismideta võivad need samaaegsed toimingud viia andmete rikkumiseni, võidujooksu tingimusteni (race conditions) ja ootamatu rakenduse käitumiseni. Veebi esiotsa lukkude API pakub võimsa lahenduse, pakkudes ressursi sünkroniseerimise primitiive otse brauserikeskkonnas. See blogipostitus uurib Web Locks API-d üksikasjalikult, hõlmates selle eeliseid, kasutusjuhte, rakendamist ja kaalutlusi robustsete ja usaldusväärsete veebirakenduste loomiseks.

Sissejuhatus Web Locks API-sse

Web Locks API on JavaScripti API, mis võimaldab arendajatel koordineerida jagatud ressursside kasutamist veebirakenduses. See pakub mehhanismi ressurssidele lukkude hankimiseks ja vabastamiseks, tagades, et korraga saab konkreetsele ressursile juurde pääseda ainult üks koodijupp. See on eriti kasulik stsenaariumides, mis hõlmavad mitut brauseri vahekaarti, akent või töötajat (worker), mis pääsevad juurde samadele andmetele või teevad vastuolulisi toiminguid.

Põhimõisted

• Lukk: mehhanism, mis annab eksklusiivse või jagatud juurdepääsu ressursile.
• Ressurss: mis tahes jagatud andmed või funktsionaalsus, mis nõuab sünkroniseerimist. Näideteks on IndexedDB andmebaasid, brauseri failisüsteemi salvestatud failid või isegi konkreetsed muutujad mälus.
• Ulatus: kontekst, milles lukku hoitakse. Lukud võivad olla piiratud kindla päritoluga, ühe vahekaardiga või jagatud töötajaga.
• Režiim: lukule taotletud juurdepääsu tüüp. Eksklusiivsed lukud takistavad igal teisel koodil ressursile juurde pääsemast, samas kui jagatud lukud lubavad mitut lugejat, kuid välistavad kirjutajad.
• Päring: luku hankimise katse. Lukupäringud võivad olla blokeerivad (ootavad, kuni lukk on saadaval) või mitteblokeerivad (ebaõnnestuvad kohe, kui lukk pole saadaval).

Web Locks API kasutamise eelised

Web Locks API pakub mitmeid eeliseid robustsete ja usaldusväärsete veebirakenduste loomisel:

• Andmete terviklikkus: hoiab ära andmete rikkumise, tagades, et samaaegsed toimingud ei sega üksteist.
• Võidujooksu tingimuste ennetamine: kõrvaldab võidujooksu tingimused, serialiseerides juurdepääsu jagatud ressurssidele.
• Parem jõudlus: optimeerib jõudlust, vähendades konkurentsi ja minimeerides keeruka sünkroniseerimisloogika vajadust.
• Lihtsustatud arendus: pakub puhta ja otsekohese API ressursile juurdepääsu haldamiseks, vähendades samaaegse programmeerimise keerukust.
• Päritoluülene koordineerimine: võimaldab jagatud ressursside koordineerimist erinevate päritolude vahel, võimaldades keerukamaid ja integreeritumaid veebirakendusi.
• Suurem usaldusväärsus: suurendab veebirakenduste üldist usaldusväärsust, vältides ootamatut käitumist, mis on tingitud samaaegsetest juurdepääsuprobleemidest.

Web Locks API kasutusjuhud

Web Locks API-d saab rakendada mitmesugustes stsenaariumides, kus jagatud ressurssidele samaaegset juurdepääsu tuleb hoolikalt hallata.

IndexedDB sünkroniseerimine

IndexedDB on võimas kliendipoolne andmebaas, mis võimaldab veebirakendustel salvestada suuri koguseid struktureeritud andmeid. Kui mitu vahekaarti või töötajat pääseb juurde samale IndexedDB andmebaasile, saab Web Locks API-d kasutada andmete rikkumise vältimiseks ja andmete järjepidevuse tagamiseks. Näiteks:

            async function updateDatabase(dbName, data) {
 const lock = await navigator.locks.request(dbName, async () => {
 const db = await openDatabase(dbName);
 const transaction = db.transaction(['myStore'], 'versionchange');
 const store = transaction.objectStore('myStore');
 await store.put(data);
 await transaction.done;
 db.close();
 console.log('Database updated successfully.');
 });
 console.log('Lock released.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites hangib navigator.locks.request meetod luku IndexedDB andmebaasile, mida identifitseerib dbName. Pakutud tagasikutsefunktsioon (callback) käivitatakse alles pärast luku hankimist. Tagasikutsefunktsiooni sees avatakse andmebaas, luuakse tehing ja uuendatakse andmeid. Kui tehing on lõpule viidud ja andmebaas suletud, vabastatakse lukk automaatselt. See tagab, et korraga saab andmebaasi muuta ainult üks updateDatabase funktsiooni eksemplar, vältides võidujooksu tingimusi ja andmete rikkumist.

Näide: Mõelge koostööl põhinevale dokumenditöötlusrakendusele, kus mitu kasutajat saavad samaaegselt sama dokumenti redigeerida. Web Locks API-d saab kasutada IndexedDB-s salvestatud dokumendiandmetele juurdepääsu sünkroniseerimiseks, tagades, et ühe kasutaja tehtud muudatused kajastuvad teiste kasutajate vaadetes konfliktideta.

Failisüsteemile juurdepääs

Failisüsteemile juurdepääsu API võimaldab veebirakendustel pääseda juurde failidele ja kataloogidele kasutaja kohalikus failisüsteemis. Kui mitu rakenduse osa või mitu brauseri vahekaarti suhtlevad sama failiga, saab Web Locks API-d kasutada juurdepääsu koordineerimiseks ja konfliktide vältimiseks. Näiteks:

            async function writeFile(fileHandle, data) {
 const lock = await navigator.locks.request(fileHandle.name, async () => {
 const writable = await fileHandle.createWritable();
 await writable.write(data);
 await writable.close();
 console.log('File written successfully.');
 });
 console.log('Lock released.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites hangib navigator.locks.request meetod luku failile, mida identifitseerib fileHandle.name. Tagasikutsefunktsioon loob seejärel kirjutatava voo, kirjutab andmed faili ja sulgeb voo. Lukk vabastatakse automaatselt pärast tagasikutsefunktsiooni lõppemist. See tagab, et korraga saab faili muuta ainult üks writeFile funktsiooni eksemplar, vältides andmete rikkumist ja tagades andmete terviklikkuse.

Näide: Kujutage ette veebipõhist pildiredaktorit, mis võimaldab kasutajatel pilte oma kohalikust failisüsteemist salvestada ja laadida. Web Locks API-d saab kasutada selleks, et vältida mitme redaktori eksemplari samaaegset kirjutamist samasse faili, mis võib põhjustada andmete kadu või rikkumist.

Teenusetöötajate koordineerimine

Teenusetöötajad (Service worker) on taustaskriptid, mis saavad võrgupäringuid kinni püüda ja pakkuda võrguühenduseta funktsionaalsust. Kui mitu teenusetöötajat töötavad paralleelselt või kui teenusetöötaja suhtleb põhilõimega, saab Web Locks API-d kasutada jagatud ressurssidele juurdepääsu koordineerimiseks ja konfliktide vältimiseks. Näiteks:

            self.addEventListener('fetch', (event) => {
 event.respondWith(async function() {
 const cache = await caches.open('my-cache');
 const lock = await navigator.locks.request('cache-update', async () => {
 const response = await fetch(event.request);
 await cache.put(event.request, response.clone());
 return response;
 });
 return lock;
 }());
});

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites hangib navigator.locks.request meetod luku cache-update ressursile. Tagasikutsefunktsioon hangib päritud ressursi võrgust, lisab selle vahemällu ja tagastab vastuse. See tagab, et korraga saab vahemälu uuendada ainult üks toomise sündmus (fetch event), vältides võidujooksu tingimusi ja tagades vahemälu järjepidevuse.

Näide: Mõelge progressiivsele veebirakendusele (PWA), mis kasutab teenusetöötajat sageli kasutatavate ressursside vahemällu salvestamiseks. Web Locks API-d saab kasutada selleks, et vältida mitme teenusetöötaja eksemplari samaaegset vahemälu uuendamist, tagades, et vahemälu püsib järjepidev ja ajakohane.

Veebitöötajate sünkroniseerimine

Veebitöötajad (Web worker) võimaldavad veebirakendustel teha arvutusmahukaid ülesandeid taustal ilma põhilõime blokeerimata. Kui mitu veebitöötajat pääseb juurde jagatud andmetele või teeb vastuolulisi toiminguid, saab Web Locks API-d kasutada nende tegevuste koordineerimiseks ja andmete rikkumise vältimiseks. Näiteks:

            // In the main thread:
const worker = new Worker('worker.js');
worker.postMessage({ type: 'updateData', data: { id: 1, value: 'new value' } });

// In worker.js:
self.addEventListener('message', async (event) => {
 if (event.data.type === 'updateData') {
 const lock = await navigator.locks.request('data-update', async () => {
 // Simulate updating shared data
 console.log('Updating data in worker:', event.data.data);
 // Replace with actual data update logic
 self.postMessage({ type: 'dataUpdated', data: event.data.data });
 });
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites saadab põhilõim veebitöötajale teate jagatud andmete uuendamiseks. Seejärel hangib veebitöötaja luku data-update ressursile enne andmete uuendamist. See tagab, et korraga saab andmeid uuendada ainult üks veebitöötaja, vältides võidujooksu tingimusi ja tagades andmete terviklikkuse.

Näide: Kujutage ette veebirakendust, mis kasutab pilditöötlusülesannete tegemiseks mitut veebitöötajat. Web Locks API-d saab kasutada jagatud pildiandmetele juurdepääsu sünkroniseerimiseks, tagades, et töötajad ei sega üksteist ja et lõplik pilt on järjepidev.

Web Locks API rakendamine

Web Locks API on suhteliselt lihtne kasutada. Põhimeetod on navigator.locks.request, mis võtab kaks kohustuslikku parameetrit:

• nimi: string, mis identifitseerib lukustatava ressursi. See võib olla mis tahes meelevaldne string, mis on teie rakenduse jaoks tähendusrikas.
• tagasikutse: funktsioon, mis käivitatakse pärast luku hankimist. See funktsioon peaks sisaldama koodi, mis vajab juurdepääsu jagatud ressursile.

request meetod tagastab Promise'i, mis laheneb, kui lukk on hangitud ja tagasikutsefunktsioon on lõpule viidud. Lukk vabastatakse automaatselt, kui tagasikutsefunktsioon tagastab väärtuse või viskab vea.

Põhikasutus

            async function accessSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, async () => {
 console.log('Accessing shared resource:', resourceName);
 // Perform operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulate work
 console.log('Finished accessing shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Lock released for:', resourceName);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites hangib accessSharedResource funktsioon luku ressursile, mida identifitseerib resourceName. Tagasikutsefunktsioon teeb seejärel mõned toimingud jagatud ressursil, simuleerides tööd 2-sekundilise viivitusega. Lukk vabastatakse automaatselt pärast tagasikutsefunktsiooni lõppemist. Konsoolilogid näitavad, millal ressursile juurde pääsetakse ja millal lukk vabastatakse.

Luku režiimid

navigator.locks.request meetod aktsepteerib ka valikulist suvandite objekti, mis võimaldab teil määrata luku režiimi. Saadaval on järgmised luku režiimid:

• 'exclusive': vaikerežiim. Annab eksklusiivse juurdepääsu ressursile. Ükski teine kood ei saa ressursile lukku hankida enne, kui eksklusiivne lukk on vabastatud.
• 'shared': võimaldab mitmel lugejal samaaegselt ressursile juurde pääseda, kuid välistab kirjutajad. Korraga saab hoida ainult ühte eksklusiivset lukku.

            async function readSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { mode: 'shared' }, async () => {
 console.log('Reading shared resource:', resourceName);
 // Perform read operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000)); // Simulate reading
 console.log('Finished reading shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Shared lock released for:', resourceName);
}

async function writeSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { mode: 'exclusive' }, async () => {
 console.log('Writing to shared resource:', resourceName);
 // Perform write operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulate writing
 console.log('Finished writing to shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Exclusive lock released for:', resourceName);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites hangib readSharedResource funktsioon ressursile jagatud luku, võimaldades mitmel lugejal ressursile samaaegselt juurde pääseda. writeSharedResource funktsioon hangib eksklusiivse luku, takistades igal teisel koodil ressursile juurde pääsemast, kuni kirjutamistoiming on lõpule viidud.

Mitteblokeerivad päringud

Vaikimisi on navigator.locks.request meetod blokeeriv, mis tähendab, et see ootab, kuni lukk on saadaval, enne kui käivitab tagasikutsefunktsiooni. Siiski saate teha ka mitteblokeerivaid päringuid, määrates suvandi ifAvailable:

            async function tryAccessSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { ifAvailable: true }, async () => {
 console.log('Successfully acquired lock and accessing shared resource:', resourceName);
 // Perform operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000)); // Simulate work
 console.log('Finished accessing shared resource:', resourceName);
});

 if (!lock) {
 console.log('Failed to acquire lock for:', resourceName);
 }
 console.log('Attempt to acquire lock completed.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites üritab tryAccessSharedResource funktsioon ressursile lukku hankida. Kui lukk on kohe saadaval, käivitatakse tagasikutsefunktsioon ja Promise laheneb väärtusega. Kui lukk pole saadaval, laheneb Promise väärtusega undefined, mis näitab, et lukku ei õnnestunud hankida. See võimaldab teil rakendada alternatiivset loogikat, kui ressurss on hetkel lukustatud.

Vigade käsitlemine

Web Locks API kasutamisel on oluline käsitleda võimalikke vigu. navigator.locks.request meetod võib visata erandeid, kui luku hankimisel tekib probleeme. Nende vigade käsitlemiseks saate kasutada try...catch plokki:

            async function accessSharedResourceWithErrorHandler(resourceName) {
 try {
 await navigator.locks.request(resourceName, async () => {
 console.log('Accessing shared resource:', resourceName);
 // Perform operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulate work
 console.log('Finished accessing shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Lock released for:', resourceName);
 } catch (error) {
 console.error('Error accessing shared resource:', error);
 // Handle the error appropriately
 }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites püüab catch plokk kinni kõik vead, mis tekivad luku hankimise ajal või tagasikutsefunktsiooni sees. Seejärel saate viga asjakohaselt käsitleda, näiteks logides veateate või kuvades kasutajale veateate.

Kaalutlused ja parimad tavad

Web Locks API kasutamisel on oluline arvestada järgmiste parimate tavadega:

• Hoidke lukud lühiajalised: hoidke lukke võimalikult lühikest aega, et minimeerida konkurentsi ja maksimeerida jõudlust.
• Vältige ummikseise: olge mitme luku hankimisel ettevaatlik, et vältida ummikseise (deadlocks). Tagage, et lukud hangitakse alati samas järjekorras, et vältida ringikujulisi sõltuvusi.
• Valige kirjeldavad ressursinimed: kasutage oma ressursside jaoks kirjeldavaid ja tähendusrikkaid nimesid, et muuta oma kood kergemini mõistetavaks ja hooldatavaks.
• Käsitlege vigu sujuvalt: rakendage korralikku veakäsitlust, et sujuvalt taastuda luku hankimise ebaõnnestumistest ja muudest võimalikest vigadest.
• Testige põhjalikult: testige oma koodi põhjalikult, et tagada selle korrektne käitumine samaaegse juurdepääsu tingimustes.
• Kaaluge alternatiive: hinnake, kas Web Locks API on teie konkreetse kasutusjuhtumi jaoks kõige sobivam sünkroniseerimismehhanism. Muud valikud, nagu aatomilised operatsioonid või sõnumite edastamine, võivad teatud olukordades olla sobivamad.
• Jälgige jõudlust: jälgige oma rakenduse jõudlust, et tuvastada lukukonkurentsiga seotud võimalikud kitsaskohad. Kasutage brauseri arendajatööriistu, et analüüsida luku hankimise aegu ja tuvastada optimeerimisvõimalusi.

Brauseri tugi

Web Locks API-l on hea brauseritugi suuremates brauserites, sealhulgas Chrome, Firefox, Safari ja Edge. Siiski on alati hea mõte kontrollida uusimat brauseri ühilduvusteavet ressurssidest nagu Can I use, enne kui seda oma tootmisrakendustes rakendate. Saate kasutada ka funktsioonide tuvastamist, et kontrollida, kas API on praeguses brauseris toetatud:

            if ('locks' in navigator) {
 console.log('Web Locks API is supported.');
 // Use the Web Locks API
} else {
 console.log('Web Locks API is not supported.');
 // Implement an alternative synchronization mechanism
}

            

              
                Copy
              
            
          

Täpsemad kasutusjuhud

Hajutatud lukud

Kuigi Web Locks API on peamiselt mõeldud ressurssidele juurdepääsu koordineerimiseks ühes brauserikontekstis, saab seda kasutada ka hajutatud lukkude rakendamiseks mitme brauseri eksemplari või isegi erinevate seadmete vahel. Seda saab saavutada, kasutades jagatud salvestusmehhanismi, näiteks serveripoolset andmebaasi või pilvepõhist salvestusteenust, et jälgida lukkude olekut.

Näiteks võite salvestada lukuteabe Redise andmebaasi ja kasutada Web Locks API-d koos serveripoolse API-ga, et koordineerida juurdepääsu jagatud ressursile. Kui klient taotleb lukku, kontrollib serveripoolne API, kas lukk on Redises saadaval. Kui on, hangib API luku ja tagastab kliendile eduka vastuse. Seejärel kasutaks klient Web Locks API-d, et hankida ressursile kohalik lukk. Kui klient luku vabastab, teavitab ta serveripoolset API-d, mis seejärel vabastab luku Redises.

Prioriteedipõhine lukustamine

Mõnes stsenaariumis võib olla vajalik teatud lukupäringuid teistest eelistada. Näiteks võite soovida eelistada administraatori kasutajate lukupäringuid või lukupäringuid, mis on rakenduse funktsionaalsuse seisukohalt kriitilised. Web Locks API ei toeta otseselt prioriteedipõhist lukustamist, kuid saate selle ise rakendada, kasutades lukupäringute haldamiseks järjekorda.

Kui lukupäring vastu võetakse, saate selle lisada järjekorda koos prioriteedi väärtusega. Lukuhaldur töötleks seejärel järjekorda prioriteedi järjekorras, andes lukud esmalt kõrgeima prioriteediga päringutele. Seda saab saavutada, kasutades tehnikaid nagu prioriteetjärjekorra andmestruktuur või kohandatud sortimisalgoritmid.

Alternatiivid Web Locks API-le

Kuigi Web Locks API pakub võimsat mehhanismi jagatud ressurssidele juurdepääsu sünkroniseerimiseks, ei ole see alati parim lahendus igale probleemile. Sõltuvalt konkreetsest kasutusjuhtumist võivad muud sünkroniseerimismehhanismid olla sobivamad.

• Aatomilised operatsioonid: Aatomilised operatsioonid, nagu Atomics JavaScriptis, pakuvad madala taseme mehhanismi aatomiliste lugemis-muutmis-kirjutamisoperatsioonide teostamiseks jagatud mälus. Need operatsioonid on garanteeritult aatomilised, mis tähendab, et need viiakse alati lõpule ilma katkestusteta. Aatomilised operatsioonid võivad olla kasulikud lihtsate andmestruktuuride, näiteks loendurite või lippude juurdepääsu sünkroniseerimiseks.
• Sõnumite edastamine: Sõnumite edastamine hõlmab sõnumite saatmist rakenduse erinevate osade vahel nende tegevuste koordineerimiseks. Seda saab saavutada, kasutades tehnikaid nagu postMessage või WebSockets. Sõnumite edastamine võib olla kasulik keerukate andmestruktuuride juurdepääsu sünkroniseerimiseks või tegevuste koordineerimiseks erinevate brauserikontekstide vahel.
• Muteksid ja semaforid: Muteksid ja semaforid on traditsioonilised sünkroniseerimisprimitiivid, mida kasutatakse tavaliselt operatsioonisüsteemides ja mitmelõimelistes programmeerimiskeskkondades. Kuigi need primitiivid pole JavaScriptis otse saadaval, saate need ise rakendada, kasutades tehnikaid nagu Promise ja setTimeout.

Reaalse maailma näited ja juhtumiuuringud

Web Locks API praktilise rakenduse illustreerimiseks vaatleme mõningaid reaalse maailma näiteid ja juhtumiuuringuid:

• Koostööl põhinev tahvlirakendus: Koostööl põhinev tahvlirakendus võimaldab mitmel kasutajal samaaegselt joonistada ja märkmeid teha jagatud lõuendil. Web Locks API-d saab kasutada lõuendi andmetele juurdepääsu sünkroniseerimiseks, tagades, et ühe kasutaja tehtud muudatused kajastuvad teiste kasutajate vaadetes konfliktideta.
• Veebipõhine koodiredaktor: Veebipõhine koodiredaktor võimaldab mitmel kasutajal koostöös sama koodifaili redigeerida. Web Locks API-d saab kasutada koodifaili andmetele juurdepääsu sünkroniseerimiseks, vältides mitme kasutaja samaaegseid vastuolulisi muudatusi.
• E-kaubanduse platvorm: E-kaubanduse platvorm võimaldab mitmel kasutajal samaaegselt tooteid sirvida ja osta. Web Locks API-d saab kasutada laoseisu andmetele juurdepääsu sünkroniseerimiseks, tagades, et tooteid ei müüda üle ja et laoseisu arv jääb täpseks.
• Sisuhaldussüsteem (CMS): CMS võimaldab mitmel autoril samaaegselt sisu luua ja redigeerida. Web Locks API-d saab kasutada sisuandmetele juurdepääsu sünkroniseerimiseks, vältides mitme autori samaaegseid vastuolulisi muudatusi samas artiklis või lehel.

Kokkuvõte

Veebi esiotsa lukkude API pakub väärtuslikku tööriista robustsete ja usaldusväärsete veebirakenduste loomiseks, mis haldavad tõhusalt samaaegseid toiminguid. Pakkudes ressursi sünkroniseerimise primitiive otse brauserikeskkonnas, lihtsustab see arendusprotsessi ja vähendab andmete rikkumise, võidujooksu tingimuste ja ootamatu käitumise riski. Olenemata sellest, kas loote koostöörakendust, failisüsteemil põhinevat tööriista või keerukat PWA-d, aitab Web Locks API teil tagada andmete terviklikkuse ja parandada üldist kasutajakogemust. Selle võimete ja parimate tavade mõistmine on ülioluline kaasaegsetele veebiarendajatele, kes soovivad luua kvaliteetseid ja vastupidavaid rakendusi.