عملیات اتمی سیستم فایل فرانت‌اند: مدیریت فایل تراکنشی در برنامه‌های وب

برنامه‌های وب مدرن به طور فزاینده‌ای به قابلیت‌های مدیریت فایل قوی مستقیماً در داخل مرورگر نیاز دارند. از ویرایش اسناد مشارکتی گرفته تا برنامه‌های آفلاین-اول، نیاز به عملیات فایل قابل اعتماد و سازگار در فرانت‌اند بسیار مهم است. این مقاله به مفهوم عملیات اتمی در زمینه سیستم‌های فایل فرانت‌اند می‌پردازد و بر نحوه تضمین یکپارچگی داده‌ها و جلوگیری از خراب شدن داده‌ها توسط تراکنش‌ها در صورت بروز خطاها یا اختلالات، تمرکز دارد.

درک عملیات اتمی

یک عملیات اتمی یک سری غیرقابل تقسیم و غیرقابل تقلیل از عملیات پایگاه داده است به طوری که یا همه رخ می‌دهند یا هیچکدام رخ نمی‌دهند. تضمین اتمی بودن از به‌روزرسانی پایگاه داده که فقط جزئی رخ می‌دهد، جلوگیری می‌کند، که می‌تواند باعث مشکلات بزرگ‌تری نسبت به رد کل سری شود. در زمینه سیستم‌های فایل، این بدان معناست که مجموعه‌ای از عملیات فایل (به عنوان مثال، ایجاد یک فایل، نوشتن داده‌ها، به‌روزرسانی ابرداده) یا باید به‌طور کامل موفق شوند یا به‌طور کامل بازگردانده شوند و سیستم فایل را در یک حالت سازگار نگه دارند.

بدون عملیات اتمی، برنامه‌های وب در معرض چندین مسئله هستند:

• خرابی داده‌ها: اگر یک عملیات فایل قطع شود (به عنوان مثال، به دلیل خرابی مرورگر، خرابی شبکه یا قطع برق)، ممکن است فایل در یک حالت ناقص یا ناسازگار باقی بماند.
• شرایط مسابقه: عملیات فایل همزمان می‌توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند و منجر به نتایج غیرمنتظره و از دست رفتن داده‌ها شوند.
• ناپایداری برنامه: خطاهای رسیدگی نشده در طول عملیات فایل می‌تواند باعث از کار افتادن برنامه یا منجر به رفتار غیرقابل پیش‌بینی شود.

نیاز به تراکنش‌ها

تراکنش‌ها مکانیزمی را برای گروه‌بندی چندین عملیات فایل در یک واحد کار اتمی فراهم می‌کنند. اگر هر عملیاتی در داخل تراکنش شکست بخورد، کل تراکنش بازگردانده می‌شود و اطمینان حاصل می‌شود که سیستم فایل سازگار باقی می‌ماند. این رویکرد چندین مزیت را ارائه می‌دهد:

• یکپارچگی داده‌ها: تراکنش‌ها تضمین می‌کنند که عملیات فایل یا به طور کامل تکمیل می‌شوند یا به طور کامل لغو می‌شوند و از خراب شدن داده‌ها جلوگیری می‌کنند.
• سازگاری: تراکنش‌ها سازگاری سیستم فایل را با اطمینان از اجرای تمام عملیات مرتبط با هم حفظ می‌کنند.
• مدیریت خطا: تراکنش‌ها مدیریت خطا را با ارائه یک نقطه شکست واحد و امکان بازگشت آسان، ساده می‌کنند.

APIهای سیستم فایل فرانت‌اند و پشتیبانی از تراکنش

چندین API سیستم فایل فرانت‌اند سطوح مختلفی از پشتیبانی برای عملیات اتمی و تراکنش‌ها ارائه می‌دهند. بیایید برخی از مرتبط‌ترین گزینه‌ها را بررسی کنیم:

1. IndexedDB

IndexedDB یک سیستم پایگاه داده قدرتمند، تراکنشی و مبتنی بر شی است که مستقیماً در مرورگر ساخته شده است. در حالی که این سیستم کاملاً یک سیستم فایل نیست، می‌توان از آن برای ذخیره و مدیریت فایل‌ها به عنوان داده‌های باینری (Blobs یا ArrayBuffers) استفاده کرد. IndexedDB پشتیبانی قوی از تراکنش را فراهم می‌کند که آن را به یک انتخاب عالی برای برنامه‌هایی تبدیل می‌کند که به ذخیره‌سازی فایل قابل اعتماد نیاز دارند.

ویژگی‌های کلیدی:

• تراکنش‌ها: تراکنش‌های IndexedDB از ACID (اتمی بودن، سازگاری، انزوا، دوام) پیروی می‌کنند و یکپارچگی داده‌ها را تضمین می‌کنند.
• API ناهمزمان: عملیات IndexedDB ناهمزمان هستند، که از مسدود کردن رشته اصلی جلوگیری می‌کند و یک رابط کاربری پاسخگو را تضمین می‌کند.
• مبتنی بر شی: IndexedDB داده‌ها را به عنوان اشیاء JavaScript ذخیره می‌کند، که کار با ساختارهای داده پیچیده را آسان می‌کند.
• ظرفیت ذخیره‌سازی بزرگ: IndexedDB ظرفیت ذخیره‌سازی قابل توجهی را ارائه می‌دهد که معمولاً فقط با فضای دیسک موجود محدود می‌شود.

مثال: ذخیره یک فایل در IndexedDB با استفاده از یک تراکنش

این مثال نحوه ذخیره یک فایل (که به عنوان یک Blob نشان داده می‌شود) در IndexedDB را با استفاده از یک تراکنش نشان می‌دهد:

            
const dbName = 'myDatabase';
const storeName = 'files';

function storeFile(file) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const request = indexedDB.open(dbName, 1); // Version 1

    request.onerror = (event) => {
      reject('Error opening database: ' + event.target.errorCode);
    };

    request.onupgradeneeded = (event) => {
      const db = event.target.result;
      const objectStore = db.createObjectStore(storeName, { keyPath: 'name' });
      objectStore.createIndex('lastModified', 'lastModified', { unique: false });
    };

    request.onsuccess = (event) => {
      const db = event.target.result;
      const transaction = db.transaction([storeName], 'readwrite');
      const objectStore = transaction.objectStore(storeName);

      const fileData = {
        name: file.name,
        lastModified: file.lastModified,
        content: file // Store the Blob directly
      };

      const addRequest = objectStore.add(fileData);

      addRequest.onsuccess = () => {
        resolve('File stored successfully.');
      };

      addRequest.onerror = () => {
        reject('Error storing file: ' + addRequest.error);
      };

      transaction.oncomplete = () => {
        db.close();
      };

      transaction.onerror = () => {
        reject('Transaction failed: ' + transaction.error);
        db.close();
      };
    };
  });
}

// Example Usage:
const fileInput = document.getElementById('fileInput');
fileInput.addEventListener('change', async (event) => {
  const file = event.target.files[0];
  try {
    const result = await storeFile(file);
    console.log(result);
  } catch (error) {
    console.error(error);
  }
});

            

              
                Copy
              
            
          

توضیحات:

1. کد یک پایگاه داده IndexedDB را باز می‌کند و یک فروشگاه شی با نام "files" برای نگهداری داده‌های فایل ایجاد می‌کند. اگر پایگاه داده وجود نداشته باشد، از هندلر رویداد `onupgradeneeded` برای ایجاد آن استفاده می‌شود.
2. یک تراکنش با دسترسی `readwrite` به فروشگاه شیء "files" ایجاد می‌شود.
3. داده‌های فایل (از جمله Blob) با استفاده از متد `add` به فروشگاه شیء اضافه می‌شوند.
4. هندلرهای رویداد `transaction.oncomplete` و `transaction.onerror` برای رسیدگی به موفقیت یا شکست تراکنش استفاده می‌شوند. اگر تراکنش شکست بخورد، پایگاه داده به طور خودکار هرگونه تغییری را بازمی‌گرداند و از یکپارچگی داده‌ها اطمینان حاصل می‌کند.

مدیریت خطا و بازگشت:

IndexedDB به طور خودکار خطاهای برگشتی را در صورت بروز خطا مدیریت می‌کند. اگر هر عملیاتی در داخل تراکنش شکست بخورد (به عنوان مثال، به دلیل نقض محدودیت یا فضای ذخیره‌سازی ناکافی)، تراکنش متوقف می‌شود و تمام تغییرات دور ریخته می‌شوند. هندلر رویداد `transaction.onerror` راهی برای گرفتن و رسیدگی به این خطاها فراهم می‌کند.

2. File System Access API

File System Access API (که قبلاً با نام Native File System API شناخته می‌شد) به برنامه‌های وب دسترسی مستقیم به سیستم فایل محلی کاربر را می‌دهد. این API به برنامه‌های وب اجازه می‌دهد تا فایل‌ها و دایرکتوری‌ها را با مجوزهای اعطا شده توسط کاربر بخوانند، بنویسند و مدیریت کنند.

ویژگی‌های کلیدی:

• دسترسی مستقیم به سیستم فایل: به برنامه‌های وب اجازه می‌دهد با فایل‌ها و دایرکتوری‌ها در سیستم فایل محلی کاربر تعامل داشته باشند.
• مجوزهای کاربر: قبل از دسترسی به هر فایل یا دایرکتوری، به مجوز کاربر نیاز دارد و از حریم خصوصی و امنیت کاربر اطمینان حاصل می‌کند.
• API ناهمزمان: عملیات ناهمزمان هستند و از مسدود کردن رشته اصلی جلوگیری می‌کنند.
• ادغام با سیستم فایل بومی: به طور یکپارچه با سیستم فایل بومی کاربر ادغام می‌شود.

عملیات تراکنشی با File System Access API: (محدود)

در حالی که File System Access API پشتیبانی صریح و داخلی از تراکنش‌ها مانند IndexedDB ارائه نمی‌دهد، می‌توانید رفتار تراکنشی را با استفاده از ترکیبی از تکنیک‌ها پیاده‌سازی کنید:

1. نوشتن در یک فایل موقت: ابتدا تمام عملیات نوشتن را در یک فایل موقت انجام دهید.
2. تأیید نوشتن: پس از نوشتن در فایل موقت، یکپارچگی داده‌ها را تأیید کنید (به عنوان مثال، با محاسبه یک checksum).
3. تغییر نام فایل موقت: اگر تأیید با موفقیت انجام شد، فایل موقت را به نام فایل نهایی تغییر دهید. این عملیات تغییر نام معمولاً در اکثر سیستم‌های فایل اتمی است.

این رویکرد به طور موثر یک تراکنش را با اطمینان از اینکه فایل نهایی فقط در صورت موفقیت‌آمیز بودن تمام عملیات نوشتن به‌روزرسانی می‌شود، شبیه‌سازی می‌کند.

مثال: نوشتن تراکنشی با استفاده از فایل موقت

            
async function transactionalWrite(fileHandle, data) {
  const tempFileName = fileHandle.name + '.tmp';

  try {
    // 1. Create a temporary file handle
    const tempFileHandle = await fileHandle.getParent();
    const newTempFileHandle = await tempFileHandle.getFileHandle(tempFileName, { create: true });

    // 2. Write data to the temporary file
    const writableStream = await newTempFileHandle.createWritable();
    await writableStream.write(data);
    await writableStream.close();

    // 3. Verify the write (optional: implement checksum verification)
    // For example, you can read the data back and compare it to the original data.
    // If verification fails, throw an error.

    // 4. Rename the temporary file to the final file
    await fileHandle.remove(); // Remove the original file
    await newTempFileHandle.move(fileHandle); // Move the temporary file to the original file

    console.log('Transaction successful!');

  } catch (error) {
    console.error('Transaction failed:', error);
    // Clean up the temporary file if it exists
    try {
      const parentDirectory = await fileHandle.getParent();
      const tempFileHandle = await parentDirectory.getFileHandle(tempFileName);
      await tempFileHandle.remove();
    } catch (cleanupError) {
      console.warn('Failed to clean up temporary file:', cleanupError);
    }
    throw error; // Re-throw the error to signal failure
  }
}

// Example usage:
async function writeFileExample(fileHandle, content) {
  try {
    await transactionalWrite(fileHandle, content);
    console.log('File written successfully.');
  } catch (error) {
    console.error('Failed to write file:', error);
  }
}


// Assuming you have a fileHandle obtained through showSaveFilePicker()
// and some content to write (e.g., a string or a Blob)

// Example usage (replace with your actual fileHandle and content):
// const fileHandle = await window.showSaveFilePicker();
// const content = "This is the content to write to the file.";
// await writeFileExample(fileHandle, content);


            

              
                Copy
              
            
          

ملاحظات مهم:

• اتمی بودن تغییر نام: اتمی بودن عملیات تغییر نام برای عملکرد صحیح این رویکرد بسیار مهم است. در حالی که اکثر سیستم‌های فایل مدرن اتمی بودن را برای عملیات تغییر نام ساده در داخل همان سیستم فایل تضمین می‌کنند، ضروری است که این رفتار را در پلتفرم هدف تأیید کنید.
• مدیریت خطا: مدیریت خطای مناسب برای اطمینان از پاکسازی فایل‌های موقت در صورت بروز خطا ضروری است. این کد شامل یک بلوک `try...catch` برای رسیدگی به خطاها و تلاش برای حذف فایل موقت است.
• عملکرد: این رویکرد شامل عملیات فایل اضافی (ایجاد، نوشتن، تغییر نام، به طور بالقوه حذف) است که می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد. هنگام استفاده از این تکنیک برای فایل‌های بزرگ یا عملیات نوشتن مکرر، پیامدهای عملکرد را در نظر بگیرید.

3. Web Storage API (LocalStorage و SessionStorage)

Web Storage API یک ذخیره‌سازی کلید-مقدار ساده برای برنامه‌های وب فراهم می‌کند. در حالی که در درجه اول برای ذخیره مقادیر کمی از داده‌ها در نظر گرفته شده است، می‌توان از آن برای ذخیره ابرداده‌های فایل یا قطعات فایل کوچک استفاده کرد. با این حال، فاقد پشتیبانی داخلی از تراکنش است و به طور کلی برای مدیریت فایل‌های بزرگ یا ساختارهای فایل پیچیده مناسب نیست.

محدودیت‌ها:

• بدون پشتیبانی از تراکنش: Web Storage API هیچ مکانیسم داخلی برای تراکنش‌ها یا عملیات اتمی ارائه نمی‌دهد.
• ظرفیت ذخیره‌سازی محدود: ظرفیت ذخیره‌سازی معمولاً به چند مگابایت در هر دامنه محدود می‌شود.
• API همزمان: عملیات همزمان هستند، که می‌تواند رشته اصلی را مسدود کرده و بر تجربه کاربری تأثیر بگذارد.

با توجه به این محدودیت‌ها، Web Storage API توصیه نمی‌شود برای برنامه‌هایی که به مدیریت فایل قابل اعتماد یا عملیات اتمی نیاز دارند.

بهترین شیوه‌ها برای عملیات فایل تراکنشی

صرف نظر از API خاصی که انتخاب می‌کنید، پیروی از این بهترین شیوه‌ها به اطمینان از قابلیت اطمینان و سازگاری عملیات فایل فرانت‌اند شما کمک می‌کند:

1. در صورت امکان از تراکنش‌ها استفاده کنید: هنگام کار با IndexedDB، همیشه از تراکنش‌ها برای گروه‌بندی عملیات فایل مرتبط استفاده کنید.
2. پیاده‌سازی مدیریت خطا: مدیریت خطای قوی را برای گرفتن و رسیدگی به خطاهای احتمالی در طول عملیات فایل پیاده‌سازی کنید. از بلوک‌های `try...catch` و هندلرهای رویداد تراکنش برای تشخیص و پاسخ به شکست‌ها استفاده کنید.
3. بازگشت در صورت خطا: هنگامی که خطایی در داخل یک تراکنش رخ می‌دهد، اطمینان حاصل کنید که تراکنش بازگردانده شده است تا یکپارچگی داده‌ها حفظ شود.
4. تأیید یکپارچگی داده‌ها: پس از نوشتن داده‌ها در یک فایل، یکپارچگی داده‌ها را تأیید کنید (به عنوان مثال، با محاسبه یک checksum) تا اطمینان حاصل شود که عملیات نوشتن موفقیت‌آمیز بوده است.
5. استفاده از فایل‌های موقت: هنگام استفاده از File System Access API، از فایل‌های موقت برای شبیه‌سازی رفتار تراکنشی استفاده کنید. تمام تغییرات را در یک فایل موقت بنویسید و سپس آن را به نام فایل نهایی تغییر نام دهید.
6. رسیدگی به همزمانی: اگر برنامه شما به عملیات فایل همزمان اجازه می‌دهد، مکانیزم‌های قفل مناسب را برای جلوگیری از شرایط مسابقه و خراب شدن داده‌ها پیاده‌سازی کنید.
7. آزمایش کامل: کد مدیریت فایل خود را کاملاً آزمایش کنید تا اطمینان حاصل شود که خطاها و موارد لبه را به درستی مدیریت می‌کند.
8. پیامدهای عملکرد را در نظر بگیرید: از پیامدهای عملکرد عملیات تراکنشی آگاه باشید، به خصوص هنگام کار با فایل‌های بزرگ یا عملیات نوشتن مکرر. کد خود را برای به حداقل رساندن سربار تراکنش‌ها بهینه کنید.

سناریوی مثال: ویرایش سند مشارکتی

برنامه‌ای برای ویرایش سند مشارکتی را در نظر بگیرید که در آن چندین کاربر می‌توانند به طور همزمان یک سند را ویرایش کنند. در این سناریو، عملیات اتمی و تراکنش‌ها برای حفظ سازگاری داده‌ها و جلوگیری از از دست رفتن داده‌ها بسیار مهم هستند.

بدون تراکنش‌ها: اگر تغییرات یک کاربر قطع شود (به عنوان مثال، به دلیل خرابی شبکه)، ممکن است سند در یک حالت ناسازگار باقی بماند، با اعمال برخی تغییرات و از دست رفتن دیگران. این می‌تواند منجر به خرابی داده‌ها و درگیری بین کاربران شود.

با تراکنش‌ها: تغییرات هر کاربر می‌تواند در یک تراکنش گروه‌بندی شود. اگر بخشی از تراکنش شکست بخورد (به عنوان مثال، به دلیل درگیری با تغییرات کاربر دیگر)، کل تراکنش بازگردانده می‌شود و اطمینان حاصل می‌شود که سند سازگار باقی می‌ماند. سپس می‌توان از مکانیسم‌های حل تعارض برای آشتی دادن تغییرات و اجازه دادن به کاربران برای تلاش مجدد در ویرایش‌های خود استفاده کرد.

در این سناریو، می‌توان از IndexedDB برای ذخیره داده‌های سند و مدیریت تراکنش‌ها استفاده کرد. File System Access API را می‌توان برای ذخیره سند در سیستم فایل محلی کاربر، با استفاده از رویکرد فایل موقت برای شبیه‌سازی رفتار تراکنشی، استفاده کرد.

نتیجه‌گیری

عملیات اتمی و تراکنش‌ها برای ساخت برنامه‌های وب قوی و قابل اعتماد که فایل‌ها را در فرانت‌اند مدیریت می‌کنند، ضروری هستند. با استفاده از APIهای مناسب (مانند IndexedDB و File System Access API) و پیروی از بهترین شیوه‌ها، می‌توانید از یکپارچگی داده‌ها اطمینان حاصل کنید، از خراب شدن داده‌ها جلوگیری کنید و یک تجربه کاربری بی‌نقص ارائه دهید. در حالی که File System Access API فاقد پشتیبانی صریح از تراکنش است، تکنیک‌هایی مانند نوشتن در فایل‌های موقت قبل از تغییر نام، راه‌حلی مناسب ارائه می‌دهند. برنامه‌ریزی دقیق و مدیریت خطای قوی کلید پیاده‌سازی موفق است.

از آنجایی که برنامه‌های وب به طور فزاینده‌ای پیچیده می‌شوند و به قابلیت‌های مدیریت فایل پیشرفته‌تری نیاز دارند، درک و اجرای عملیات فایل تراکنشی حتی مهم‌تر خواهد شد. با پذیرش این مفاهیم، توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌های وب بسازند که نه تنها قدرتمند، بلکه قابل اعتماد و انعطاف‌پذیر نیز هستند.