Web Locks API: ressursside sünkroonimine ja samaaegse juurdepääsu kontroll

Kaasaegsel veebiarenduse maastikul hõlmab robustsete ja reageerimisvõimeliste rakenduste loomine sageli jagatud ressursside haldamist ja samaaegse juurdepääsu käsitlemist. Kui teie rakenduse mitu osa või isegi mitu brauseriakent või -vahekaarti proovivad samaaegselt samadele andmetele juurde pääseda ja neid muuta, võivad tekkida võidujooksu tingimused (race conditions) ja andmete riknemine. Web Locks API pakub mehhanismi nendele ressurssidele juurdepääsu sünkroonimiseks, tagades andmete terviklikkuse ja ennetades ootamatut käitumist.

Ressursside sünkroonimise vajaduse mõistmine

Kujutage ette stsenaariumi, kus kasutaja redigeerib dokumenti veebirakenduses. Samal dokumendil võib olla avatud mitu brauseri vahekaarti või rakendusel võivad olla taustaprotsessid, mis perioodiliselt dokumenti salvestavad. Ilma nõuetekohase sünkroonimiseta võivad ühes vahekaardis tehtud muudatused teises tehtud muudatustega üle kirjutada, mis toob kaasa andmete kadumise ja frustreeriva kasutajakogemuse. Samamoodi võivad e-kaubanduse rakendustes mitu kasutajat üritada samaaegselt osta viimast laos olevat toodet. Ilma mehhanismita, mis takistaks üle-müümist, võidakse esitada tellimusi, mida ei saa täita, mis viib klientide rahulolematuseni.

Traditsioonilised lähenemised samaaegsuse haldamiseks, nagu tuginemine ainult serveripoolsetele lukustusmehhanismidele, võivad tekitada märkimisväärset latentsust ja keerukust. Web Locks API pakub kliendipoolset lahendust, mis võimaldab arendajatel koordineerida juurdepääsu ressurssidele otse brauseris, parandades jõudlust ja vähendades serveri koormust.

Web Locks API tutvustus

Web Locks API on JavaScripti API, mis võimaldab teil veebirakenduses omandada ja vabastada nimega ressursside lukke. Need lukud on eksklusiivsed, mis tähendab, et ainult üks koodijupp saab korraga hoida lukku konkreetsel ressursil. See eksklusiivsus tagab, et kriitilised koodilõigud, mis pääsevad juurde ja muudavad jagatud andmeid, täidetakse kontrollitud ja ennustataval viisil.

API on loodud asünkroonseks, kasutades Promise'e teavitamiseks, millal lukk on omandatud või vabastatud. See mitteblokeeriv olemus takistab kasutajaliidese hangumist luku ootamise ajal, tagades reageerimisvõimelise kasutajakogemuse.

Põhimõisted ja terminoloogia

• Luku nimi: String, mis identifitseerib luku poolt kaitstava ressursi. Seda nime kasutatakse sama ressursi lukkude omandamiseks ja vabastamiseks. Luku nimi on tõstutundlik.
• Luku režiim: Määrab taotletava luku tüübi. API toetab kahte režiimi:
• `exclusive` (vaikimisi): Korraga on lubatud ainult üks luku hoidja.
• `shared`: Lubab korraga mitut luku hoidjat, tingimusel et ühelgi teisel hoidjal pole samale ressursile eksklusiivset lukku.
• Luku taotlus: Asünkroonne operatsioon, mis püüab lukku omandada. Taotlus lahendatakse (resolves), kui lukk on edukalt omandatud, või lükatakse tagasi (rejects), kui lukku ei saa omandada (nt kuna teine koodijupp hoiab juba eksklusiivset lukku).
• Luku vabastamine: Operatsioon, mis vabastab luku, tehes selle teistele koodidele omandamiseks kättesaadavaks.

Web Locks API kasutamine: praktilised näited

Uurime mõningaid praktilisi näiteid, kuidas Web Locks API-d saab kasutada ressurssidele juurdepääsu sünkroonimiseks veebirakendustes.

Näide 1: Samaaegsete dokumendimuudatuste vältimine

Kujutage ette koostööl põhinevat dokumendi redigeerimise rakendust, kus mitu kasutajat saavad samaaegselt sama dokumenti muuta. Konfliktide vältimiseks saame kasutada Web Locks API-d, et tagada, et ainult üks kasutaja saab korraga dokumenti muuta.

async function saveDocument(documentId, content) {
  try {
    await navigator.locks.request(documentId, async () => {
      // Kriitiline sektsioon: salvesta dokumendi sisu serverisse
      console.log(`Lukk omandatud dokumendile ${documentId}. Salvestan...`);
      await saveToServer(documentId, content);
      console.log(`Dokument ${documentId} edukalt salvestatud.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Dokumendi ${documentId} salvestamine ebaõnnestus:`, error);
  }
}

async function saveToServer(documentId, content) {
  // Simuleerib serverisse salvestamist (asenda tegeliku API-kõnega)
  return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
}

Selles näites püüab funktsioon `saveDocument` omandada dokumendile luku, kasutades luku nimena dokumendi ID-d. Meetod `navigator.locks.request` võtab kaks argumenti: luku nime ja tagasikutsefunktsiooni (callback). Tagasikutsefunktsioon käivitatakse alles pärast seda, kui lukk on edukalt omandatud. Tagasikutse sees salvestatakse dokumendi sisu serverisse. Kui tagasikutsefunktsioon lõpetab, vabastatakse lukk automaatselt. Kui funktsiooni teine eksemplar proovib sama `documentId`-ga käivituda, ootab see, kuni lukk vabastatakse. Vea ilmnemisel püütakse see kinni ja logitakse.

Näide 2: Juurdepääsu kontrollimine Local Storage'ile

Local Storage on levinud mehhanism andmete salvestamiseks brauseris. Kui aga teie rakenduse mitu osa proovivad samaaegselt Local Storage'ile juurde pääseda ja seda muuta, võib tekkida andmete riknemine. Web Locks API-d saab kasutada Local Storage'ile juurdepääsu sünkroonimiseks, tagades andmete terviklikkuse.

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('localStorage', async () => {
      // Kriitiline sektsioon: uuenda Local Storage'it
      console.log(`Lukk omandatud localStorage'ile. Uuendan võtit ${key}...`);
      localStorage.setItem(key, value);
      console.log(`Võti ${key} uuendatud localStorage'is.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`localStorage uuendamine ebaõnnestus:`, error);
  }
}

Selles näites püüab funktsioon `updateLocalStorage` omandada ressursile 'localStorage' luku. Seejärel uuendab tagasikutsefunktsioon määratud võtme Local Storage'is. Lukk tagab, et ainult üks koodijupp pääseb korraga Local Storage'ile juurde, vältides võidujooksu tingimusi.

Näide 3: Jagatud ressursside haldamine Web Workerites

Web Workerid võimaldavad teil käivitada JavaScripti koodi taustal, ilma et see blokeeriks põhilõime. Kui aga Web Worker peab pääsema juurde jagatud ressurssidele koos põhilõime või teiste Web Workeritega, on sünkroonimine hädavajalik. Web Locks API-d saab kasutada nendele ressurssidele juurdepääsu koordineerimiseks.

Esiteks, teie põhilõimes:

async function mainThreadFunction() {
    try {
        await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
            console.log('Põhilõim omandas luku ressursile sharedResource');
            // Pääse juurde ja muuda jagatud ressurssi
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simuleeri tööd
            console.log('Põhilõim vabastab luku ressursilt sharedResource');
        });
    } catch (error) {
        console.error('Põhilõimel ebaõnnestus luku omandamine:', error);
    }
}

mainThreadFunction();

Seejärel teie Web Workeris:

self.addEventListener('message', async (event) => {
    if (event.data.type === 'accessSharedResource') {
        try {
            await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
                console.log('Web Worker omandas luku ressursile sharedResource');
                // Pääse juurde ja muuda jagatud ressurssi
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000)); // Simuleeri tööd
                console.log('Web Worker vabastab luku ressursilt sharedResource');
                self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: true });
            });
        } catch (error) {
            console.error('Web Workeril ebaõnnestus luku omandamine:', error);
            self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: false, error: error.message });
        }
    }
});

Selles näites püüavad nii põhilõim kui ka Web Worker omandada luku ressursile `sharedResource`. `navigator.locks` objekt on saadaval Web Workerites, mis võimaldab neil osaleda samas lukustusmehhanismis nagu põhilõim. Sõnumeid kasutatakse põhilõime ja workeri vahel suhtlemiseks, käivitades luku omandamise katse.

Luku režiimid: eksklusiivne vs. jagatud

Web Locks API toetab kahte lukurežiimi: `exclusive` ja `shared`. Lukurežiimi valik sõltub teie rakenduse konkreetsetest nõuetest.

Eksklusiivsed lukud

Eksklusiivne lukk annab ressursile ainuõigusliku juurdepääsu. Ainult üks koodijupp saab korraga hoida eksklusiivset lukku konkreetsel ressursil. See režiim sobib stsenaariumideks, kus ainult üks protsess peaks saama korraga ressurssi muuta. Näiteks andmete kirjutamine faili, andmebaasi kirje uuendamine või kasutajaliidese komponendi oleku muutmine.

Kõik ülaltoodud näited kasutasid vaikimisi eksklusiivseid lukke. Režiimi ei pea määrama, kuna `exclusive` on vaikimisi.

Jagatud lukud

Jagatud lukk võimaldab mitmel koodijupil korraga hoida lukku ressursil, tingimusel et ühelgi teisel koodil pole samale ressursile eksklusiivset lukku. See režiim sobib stsenaariumideks, kus mitu protsessi peavad samaaegselt ressurssi lugema, kuid ükski protsess ei pea seda muutma. Näiteks andmete lugemine failist, andmebaasi päringu tegemine või kasutajaliidese komponendi renderdamine.

Jagatud luku taotlemiseks peate määrama `mode` valiku meetodis `navigator.locks.request`.

async function readData(resourceId) {
  try {
    await navigator.locks.request(resourceId, { mode: 'shared' }, async () => {
      // Kriitiline sektsioon: loe andmeid ressursist
      console.log(`Jagatud lukk omandatud ressursile ${resourceId}. Loen...`);
      const data = await readFromResource(resourceId);
      console.log(`Andmed loetud ressursist ${resourceId}:`, data);
      return data;
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Andmete lugemine ressursist ${resourceId} ebaõnnestus:`, error);
  }
}

async function readFromResource(resourceId) {
  // Simuleerib ressursist lugemist (asenda tegeliku API-kõnega)
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve({ value: 'Some data' }), 500));
}

Selles näites taotleb funktsioon `readData` määratud ressursile jagatud lukku. Selle funktsiooni mitu eksemplari saavad käivituda samaaegselt, seni kuni ühelgi teisel koodil pole samale ressursile eksklusiivset lukku.

Globaalsete rakenduste kaalutlused

Globaalsele publikule veebirakenduste arendamisel on ülioluline arvestada ressursside sünkroonimise ja samaaegse juurdepääsu kontrolli mõjudega erinevates keskkondades.

• Võrgu latentsus: Suur võrgu latentsus võib süvendada samaaegsuse probleemide mõju. Serveripoolsed lukustusmehhanismid võivad tekitada märkimisväärseid viivitusi, mis viib halva kasutajakogemuseni. Web Locks API aitab seda leevendada, pakkudes kliendipoolset lahendust ressurssidele juurdepääsu sünkroonimiseks.
• Ajavööndid: Ajatundlike andmetega tegelemisel, nagu sündmuste planeerimine või tehingute töötlemine, on oluline arvestada erinevate ajavöönditega. Nõuetekohased sünkroonimismehhanismid aitavad vältida konflikte ja tagada andmete järjepidevuse geograafiliselt hajutatud süsteemides.
• Kultuurilised erinevused: Erinevatel kultuuridel võivad olla erinevad ootused andmetele juurdepääsu ja nende muutmise osas. Näiteks võivad mõned kultuurid eelistada reaalajas koostööd, samas kui teised võivad eelistada asünkroonsemat lähenemist. On oluline kujundada oma rakendus nii, et see vastaks nendele erinevatele vajadustele.
• Keel ja lokaliseerimine: Web Locks API ise ei ole otseselt seotud keele või lokaliseerimisega. Kuid sünkroonitavad ressursid võivad sisaldada lokaliseeritud sisu. Veenduge, et teie sünkroonimismehhanismid ühilduksid teie lokaliseerimisstrateegiaga.

Web Locks API kasutamise parimad tavad

• Hoidke kriitilised sektsioonid lühikesed: Mida kauem lukku hoitakse, seda suurem on potentsiaal konkurentsi ja viivituste tekkeks. Hoidke koodi kriitilised osad, mis pääsevad juurde ja muudavad jagatud andmeid, võimalikult lühikesed.
• Vältige ummikseise (deadlocks): Ummikseisud tekivad, kui kaks või enam koodijuppi on lõputult blokeeritud, oodates üksteiselt lukkude vabastamist. Ummikseisude vältimiseks veenduge, et lukud omandatakse ja vabastatakse alati järjepidevas järjekorras.
• Käsitlege vigu sujuvalt: Meetod `navigator.locks.request` võib tagasi lükata (reject), kui lukku ei saa omandada. Käsitlege neid vigu sujuvalt, pakkudes kasutajale informatiivset tagasisidet.
• Kasutage tähendusrikkaid lukkude nimesid: Valige lukkude nimed, mis identifitseerivad selgelt kaitstavaid ressursse. See muudab teie koodi lihtsamini mõistetavaks ja hooldatavaks.
• Kaaluge luku ulatust: Määrake oma lukkudele sobiv ulatus. Kas lukk peaks olema globaalne (kõigi brauseri vahekaartide ja akende lõikes) või peaks see piirduma konkreetse vahekaardi või aknaga? Web Locks API võimaldab teil oma lukkude ulatust kontrollida.
• Testige põhjalikult: Testige oma koodi põhjalikult, et veenduda, et see käsitleb samaaegsust õigesti ja hoiab ära võidujooksu tingimused. Kasutage samaaegsuse testimise tööriistu, et simuleerida mitme kasutaja samaaegset juurdepääsu ja muudatuste tegemist jagatud ressurssidele.

Web Locks API piirangud

Kuigi Web Locks API pakub võimsat mehhanismi ressurssidele juurdepääsu sünkroonimiseks veebirakendustes, on oluline olla teadlik selle piirangutest.

• Brauseri tugi: Web Locks API-d ei toeta kõik brauserid. Kontrollige brauseri ühilduvust enne API kasutamist oma tootmiskoodis. Vanemate brauserite toetamiseks võivad olla saadaval polüfillid (polyfills).
• Püsivus: Lukud ei ole brauseriseansside vahel püsivad. Kui brauser suletakse või värskendatakse, vabastatakse kõik lukud.
• Puuduvad hajutatud lukud: Web Locks API pakub sünkroonimist ainult ühe brauseri eksemplari piires. See ei paku mehhanismi ressurssidele juurdepääsu sünkroonimiseks mitme masina või serveri vahel. Hajutatud lukustamiseks peate tuginema serveripoolsetele lukustusmehhanismidele.
• Koostööl põhinev lukustamine: Web Locks API tugineb koostööl põhinevale lukustamisele. Arendajate ülesanne on tagada, et jagatud ressurssidele juurdepääsev kood järgiks lukustusprotokolli. API ei saa takistada koodil ressurssidele juurdepääsu ilma eelnevalt lukku omandamata.

Alternatiivid Web Locks API-le

Kuigi Web Locks API pakub väärtuslikku tööriista ressursside sünkroonimiseks, on olemas mitmeid alternatiivseid lähenemisi, millest igaühel on oma tugevused ja nõrkused.

• Serveripoolne lukustamine: Lukustusmehhanismide rakendamine serveris on traditsiooniline lähenemine samaaegsuse haldamiseks. See hõlmab andmebaasitehingute, optimistliku lukustamise või pessimistliku lukustamise kasutamist jagatud ressursside kaitsmiseks. Serveripoolne lukustamine pakub robustsemat ja usaldusväärsemat lahendust hajutatud samaaegsuse jaoks, kuid see võib tekitada latentsust ja suurendada serveri koormust.
• Atomaarsed operatsioonid: Mõned andmestruktuurid ja API-d pakuvad atomaarseid operatsioone, mis tagavad, et operatsioonide jada täidetakse ühe, jagamatu ühikuna. See võib olla kasulik lihtsate andmestruktuuridele juurdepääsu sünkroonimiseks ilma selgesõnaliste lukkude vajaduseta.
• Sõnumite edastamine: Muutuva oleku jagamise asemel kaaluge sõnumite edastamise kasutamist oma rakenduse erinevate osade vahel suhtlemiseks. See lähenemine võib lihtsustada samaaegsuse haldamist, kaotades vajaduse jagatud lukkude järele.
• Muutumatus (immutability): Muutumatute andmestruktuuride kasutamine võib samuti lihtsustada samaaegsuse haldamist. Muutumatuid andmeid ei saa pärast nende loomist muuta, mis välistab võidujooksu tingimuste võimaluse.

Kokkuvõte

Web Locks API on väärtuslik tööriist ressurssidele juurdepääsu sünkroonimiseks ja samaaegse juurdepääsu haldamiseks veebirakendustes. Pakkudes kliendipoolset lukustusmehhanismi, saab API parandada jõudlust, vältida andmete riknemist ja parandada kasutajakogemust. Siiski on oluline mõista API piiranguid ja kasutada seda asjakohaselt. Enne Web Locks API rakendamist kaaluge oma rakenduse spetsiifilisi nõudeid, brauseri ühilduvust ja ummikseisude potentsiaali.

Järgides selles juhendis toodud parimaid tavasid, saate Web Locks API-d ära kasutada, et luua robustseid ja reageerimisvõimelisi veebirakendusi, mis käsitlevad samaaegsust sujuvalt ja tagavad andmete terviklikkuse erinevates globaalsetes keskkondades.