Web Locks API: همگام‌سازی منابع و کنترل دسترسی همزمان

در چشم‌انداز توسعه وب مدرن، ساخت برنامه‌های قوی و پاسخگو اغلب شامل مدیریت منابع مشترک و رسیدگی به دسترسی همزمان است. وقتی چندین بخش از برنامه شما، یا حتی چندین تب یا پنجره مرورگر، سعی در دسترسی و تغییر همزمان یک داده را دارند، ممکن است شرایط رقابتی (race conditions) و خرابی داده‌ها رخ دهد. Web Locks API مکانیزمی برای همگام‌سازی دسترسی به این منابع فراهم می‌کند و یکپارچگی داده‌ها و جلوگیری از رفتار غیرمنتظره را تضمین می‌کند.

درک نیاز به همگام‌سازی منابع

سناریویی را در نظر بگیرید که در آن کاربر در حال ویرایش یک سند در یک برنامه وب است. ممکن است چندین تب مرورگر با همان سند باز باشند، یا برنامه ممکن است فرآیندهای پس‌زمینه‌ای داشته باشد که به طور دوره‌ای سند را ذخیره می‌کنند. بدون همگام‌سازی مناسب، تغییرات ایجاد شده در یک تب ممکن است توسط تغییرات ایجاد شده در تب دیگر بازنویسی شود، که منجر به از دست رفتن داده‌ها و تجربه کاربری ناخوشایند می‌شود. به طور مشابه، در برنامه‌های تجارت الکترونیک، ممکن است چندین کاربر به طور همزمان برای خرید آخرین کالای موجود در انبار تلاش کنند. بدون مکانیزمی برای جلوگیری از فروش بیش از حد، سفارشاتی ثبت می‌شوند که قابل انجام نیستند و منجر به نارضایتی مشتری می‌شود.

رویکردهای سنتی برای مدیریت همزمانی، مانند اتکای صرف به مکانیزم‌های قفل‌گذاری سمت سرور، می‌تواند تأخیر و پیچیدگی قابل توجهی را به همراه داشته باشد. Web Locks API یک راه‌حل سمت کلاینت ارائه می‌دهد که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا دسترسی به منابع را مستقیماً در مرورگر هماهنگ کنند، که باعث بهبود عملکرد و کاهش بار روی سرور می‌شود.

معرفی Web Locks API

Web Locks API یک API جاوا اسکریپت است که به شما امکان می‌دهد قفل‌هایی را بر روی منابع نام‌گذاری شده در یک برنامه وب به دست آورید و آزاد کنید. این قفل‌ها انحصاری هستند، به این معنی که در هر زمان معین فقط یک قطعه کد می‌تواند قفل یک منبع خاص را در اختیار داشته باشد. این انحصار تضمین می‌کند که بخش‌های حیاتی کد که به داده‌های مشترک دسترسی دارند و آن‌ها را تغییر می‌دهają، به روشی کنترل شده و قابل پیش‌بینی اجرا شوند.

این API به صورت ناهمزمان طراحی شده است و از Promiseها برای اطلاع‌رسانی در مورد به دست آوردن یا آزاد شدن یک قفل استفاده می‌کند. این ماهیت غیرمسدودکننده (non-blocking) از فریز شدن رابط کاربری در حین انتظار برای یک قفل جلوگیری می‌کند و تجربه کاربری پاسخگو را تضمین می‌کند.

مفاهیم و اصطلاحات کلیدی

• نام قفل (Lock Name): رشته‌ای که منبع محافظت شده توسط قفل را مشخص می‌کند. این نام برای به دست آوردن و آزاد کردن قفل‌ها بر روی همان منبع استفاده می‌شود. نام قفل به حروف بزرگ و کوچک حساس است.
• حالت قفل (Lock Mode): نوع قفل درخواستی را مشخص می‌کند. این API از دو حالت پشتیبانی می‌کند:
• `exclusive` (پیش‌فرض): در هر زمان فقط یک دارنده قفل مجاز است.
• `shared`: به چندین دارنده قفل به طور همزمان اجازه می‌دهد، به شرطی که هیچ دارنده دیگری قفل انحصاری بر روی همان منبع نداشته باشد.
• درخواست قفل (Lock Request): یک عملیات ناهمزمان که برای به دست آوردن یک قفل تلاش می‌کند. این درخواست زمانی که قفل با موفقیت به دست آید، resolve می‌شود یا اگر قفل قابل دستیابی نباشد (مثلاً چون قطعه کد دیگری قبلاً یک قفل انحصاری در اختیار دارد)، reject می‌شود.
• آزاد کردن قفل (Lock Release): عملیاتی که یک قفل را آزاد می‌کند و آن را برای به دست آوردن توسط کدهای دیگر در دسترس قرار می‌دهد.

استفاده از Web Locks API: مثال‌های کاربردی

بیایید چند مثال کاربردی از نحوه استفاده از Web Locks API برای همگام‌سازی دسترسی به منابع در برنامه‌های وب را بررسی کنیم.

مثال ۱: جلوگیری از ویرایش همزمان اسناد

یک برنامه ویرایش سند مشارکتی را تصور کنید که در آن چندین کاربر می‌توانند به طور همزمان یک سند را ویرایش کنند. برای جلوگیری از تداخل، می‌توانیم از Web Locks API استفاده کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که در هر زمان فقط یک کاربر می‌تواند سند را تغییر دهد.

async function saveDocument(documentId, content) {
  try {
    await navigator.locks.request(documentId, async () => {
      // بخش حیاتی: ذخیره محتوای سند در سرور
      console.log(`قفل برای سند ${documentId} به دست آمد. در حال ذخیره...`);
      await saveToServer(documentId, content);
      console.log(`سند ${documentId} با موفقیت ذخیره شد.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`ذخیره سند ${documentId} ناموفق بود:`, error);
  }
}

async function saveToServer(documentId, content) {
  // شبیه‌سازی ذخیره در سرور (با فراخوانی API واقعی جایگزین کنید)
  return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
}

در این مثال، تابع `saveDocument` تلاش می‌کند تا با استفاده از ID سند به عنوان نام قفل، یک قفل بر روی سند به دست آورد. متد `navigator.locks.request` دو آرگومان می‌گیرد: نام قفل و یک تابع callback. تابع callback تنها پس از به دست آوردن موفقیت‌آمیز قفل اجرا می‌شود. در داخل callback، محتوای سند در سرور ذخیره می‌شود. هنگامی که اجرای تابع callback به پایان می‌رسد، قفل به طور خودکار آزاد می‌شود. اگر نمونه دیگری از تابع سعی کند با همان `documentId` اجرا شود، تا زمان آزاد شدن قفل منتظر خواهد ماند. اگر خطایی رخ دهد، گرفته و ثبت می‌شود.

مثال ۲: کنترل دسترسی به Local Storage

Local Storage یک مکانیزم رایج برای ذخیره داده‌ها در مرورگر است. با این حال، اگر چندین بخش از برنامه شما به طور همزمان برای دسترسی و تغییر Local Storage تلاش کنند، ممکن است خرابی داده‌ها رخ دهد. Web Locks API می‌تواند برای همگام‌سازی دسترسی به Local Storage و تضمین یکپارچگی داده‌ها استفاده شود.

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('localStorage', async () => {
      // بخش حیاتی: به‌روزرسانی Local Storage
      console.log(`قفل برای localStorage به دست آمد. در حال به‌روزرسانی کلید ${key}...`);
      localStorage.setItem(key, value);
      console.log(`کلید ${key} در localStorage به‌روزرسانی شد.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`به‌روزرسانی localStorage ناموفق بود:`, error);
  }
}

در این مثال، تابع `updateLocalStorage` تلاش می‌کند تا یک قفل بر روی منبع 'localStorage' به دست آورد. سپس تابع callback کلید مشخص شده را در Local Storage به‌روزرسانی می‌کند. این قفل تضمین می‌کند که در هر زمان فقط یک قطعه کد می‌تواند به Local Storage دسترسی داشته باشد و از شرایط رقابتی جلوگیری می‌کند.

مثال ۳: مدیریت منابع مشترک در Web Worker ها

Web Worker ها به شما امکان می‌دهند کد جاوا اسکریپت را در پس‌زمینه اجرا کنید، بدون اینکه نخ اصلی را مسدود کنید. با این حال، اگر یک Web Worker نیاز به دسترسی به منابع مشترک با نخ اصلی یا سایر Web Worker ها داشته باشد، همگام‌سازی ضروری است. Web Locks API می‌تواند برای هماهنگ کردن دسترسی به این منابع استفاده شود.

ابتدا، در نخ اصلی شما:

async function mainThreadFunction() {
    try {
        await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
            console.log('نخ اصلی قفل sharedResource را به دست آورد');
            // دسترسی و تغییر منبع مشترک
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // شبیه‌سازی کار
            console.log('نخ اصلی در حال آزاد کردن قفل sharedResource است');
        });
    } catch (error) {
        console.error('نخ اصلی در به دست آوردن قفل ناموفق بود:', error);
    }
}

mainThreadFunction();

سپس، در Web Worker شما:

self.addEventListener('message', async (event) => {
    if (event.data.type === 'accessSharedResource') {
        try {
            await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
                console.log('Web Worker قفل sharedResource را به دست آورد');
                // دسترسی و تغییر منبع مشترک
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000)); // شبیه‌سازی کار
                console.log('Web Worker در حال آزاد کردن قفل sharedResource است');
                self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: true });
            });
        } catch (error) {
            console.error('Web Worker در به دست آوردن قفل ناموفق بود:', error);
            self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: false, error: error.message });
        }
    }
});

در این مثال، هم نخ اصلی و هم Web Worker تلاش می‌کنند تا یک قفل بر روی `sharedResource` به دست آورند. شیء `navigator.locks` در Web Worker ها در دسترس است و به آنها امکان می‌دهد در همان مکانیزم قفل‌گذاری نخ اصلی شرکت کنند. از پیام‌ها برای ارتباط بین نخ اصلی و worker استفاده می‌شود که تلاش برای به دست آوردن قفل را آغاز می‌کند.

حالت‌های قفل: انحصاری (Exclusive) در مقابل اشتراکی (Shared)

Web Locks API از دو حالت قفل پشتیبانی می‌کند: `exclusive` و `shared`. انتخاب حالت قفل به نیازمندی‌های خاص برنامه شما بستگی دارد.

قفل‌های انحصاری

یک قفل انحصاری دسترسی انحصاری به یک منبع را می‌دهد. در هر زمان معین فقط یک قطعه کد می‌تواند یک قفل انحصاری بر روی یک منبع خاص داشته باشد. این حالت برای سناریوهایی مناسب است که فقط یک فرآیند باید قادر به تغییر یک منبع در یک زمان باشد. به عنوان مثال، نوشتن داده در یک فایل، به‌روزرسانی یک رکورد پایگاه داده، یا تغییر وضعیت یک کامپوننت UI.

تمام مثال‌های بالا به طور پیش‌فرض از قفل‌های انحصاری استفاده کردند. نیازی به مشخص کردن حالت نیست زیرا `exclusive` حالت پیش‌فرض است.

قفل‌های اشتراکی

یک قفل اشتراکی به چندین قطعه کد اجازه می‌دهد تا به طور همزمان یک قفل بر روی یک منبع داشته باشند، به شرطی که هیچ کد دیگری قفل انحصاری بر روی همان منبع نداشته باشد. این حالت برای سناریوهایی مناسب است که چندین فرآیند نیاز به خواندن همزمان یک منبع دارند، اما هیچ فرآیندی نیاز به تغییر آن ندارد. به عنوان مثال، خواندن داده از یک فایل، کوئری زدن به یک پایگاه داده، یا رندر کردن یک کامپوننت UI.

برای درخواست یک قفل اشتراکی، باید گزینه `mode` را در متد `navigator.locks.request` مشخص کنید.

async function readData(resourceId) {
  try {
    await navigator.locks.request(resourceId, { mode: 'shared' }, async () => {
      // بخش حیاتی: خواندن داده از منبع
      console.log(`قفل اشتراکی برای منبع ${resourceId} به دست آمد. در حال خواندن...`);
      const data = await readFromResource(resourceId);
      console.log(`داده خوانده شده از منبع ${resourceId}:`, data);
      return data;
    });
  } catch (error) {
    console.error(`خواندن داده از منبع ${resourceId} ناموفق بود:`, error);
  }
}

async function readFromResource(resourceId) {
  // شبیه‌سازی خواندن از یک منبع (با فراخوانی API واقعی جایگزین کنید)
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve({ value: 'Some data' }), 500));
}

در این مثال، تابع `readData` یک قفل اشتراکی بر روی منبع مشخص شده درخواست می‌کند. چندین نمونه از این تابع می‌توانند به طور همزمان اجرا شوند، تا زمانی که هیچ کد دیگری قفل انحصاری بر روی همان منبع نداشته باشد.

ملاحظات برای برنامه‌های جهانی

هنگام توسعه برنامه‌های وب برای مخاطبان جهانی، در نظر گرفتن پیامدهای همگام‌سازی منابع و کنترل دسترسی همزمان در محیط‌های متنوع بسیار مهم است.

• تأخیر شبکه (Network Latency): تأخیر بالای شبکه می‌تواند تأثیر مشکلات همزمانی را تشدید کند. مکانیزم‌های قفل‌گذاری سمت سرور ممکن است تأخیرهای قابل توجهی ایجاد کنند و منجر به تجربه کاربری ضعیف شوند. Web Locks API می‌تواند با ارائه یک راه‌حل سمت کلاینت برای همگام‌سازی دسترسی به منابع، به کاهش این مشکل کمک کند.
• مناطق زمانی (Time Zones): هنگام کار با داده‌های حساس به زمان، مانند برنامه‌ریزی رویدادها یا پردازش تراکنش‌ها، در نظر گرفتن مناطق زمانی مختلف ضروری است. مکانیزم‌های همگام‌سازی مناسب می‌توانند به جلوگیری از تداخل و تضمین سازگاری داده‌ها در سیستم‌های توزیع شده جغرافیایی کمک کنند.
• تفاوت‌های فرهنگی (Cultural Differences): فرهنگ‌های مختلف ممکن است انتظارات متفاوتی در مورد دسترسی و تغییر داده‌ها داشته باشند. به عنوان مثال، برخی فرهنگ‌ها ممکن است همکاری بلادرنگ را در اولویت قرار دهند، در حالی که برخی دیگر ممکن است رویکرد ناهمزمان‌تری را ترجیح دهند. مهم است که برنامه خود را طوری طراحی کنید که این نیازهای متنوع را برآورده کند.
• زبان و بومی‌سازی (Language and Localization): خود Web Locks API به طور مستقیم با زبان یا بومی‌سازی درگیر نیست. با این حال، منابعی که همگام‌سازی می‌شوند ممکن است حاوی محتوای بومی‌سازی شده باشند. اطمینان حاصل کنید که مکانیزم‌های همگام‌سازی شما با استراتژی بومی‌سازی شما سازگار هستند.

بهترین شیوه‌ها برای استفاده از Web Locks API

• بخش‌های حیاتی را کوتاه نگه دارید: هرچه یک قفل برای مدت طولانی‌تری نگه داشته شود، پتانسیل برای رقابت و تأخیر بیشتر است. بخش‌های حیاتی کد که به داده‌های مشترک دسترسی دارند و آن‌ها را تغییر می‌دهند را تا حد امکان کوتاه نگه دارید.
• از بن‌بست (Deadlocks) اجتناب کنید: بن‌بست زمانی رخ می‌دهد که دو یا چند قطعه کد به طور نامحدود مسدود شده و منتظر آزاد شدن قفل‌ها توسط یکدیگر هستند. برای جلوگیری از بن‌بست، اطمینان حاصل کنید که قفل‌ها همیشه به ترتیبی ثابت به دست آمده و آزاد می‌شوند.
• خطاها را به درستی مدیریت کنید: متد `navigator.locks.request` ممکن است در صورت عدم امکان به دست آوردن قفل، reject شود. این خطاها را به درستی مدیریت کرده و بازخورد آموزنده‌ای به کاربر ارائه دهید.
• از نام‌های قفل معنادار استفاده کنید: نام‌هایی برای قفل انتخاب کنید که به وضوح منابع محافظت شده را مشخص کنند. این کار درک و نگهداری کد شما را آسان‌تر می‌کند.
• محدوده (Scope) قفل را در نظر بگیرید: محدوده مناسب برای قفل‌های خود را تعیین کنید. آیا قفل باید سراسری (در تمام تب‌ها و پنجره‌های مرورگر) باشد، یا باید به یک تب یا پنجره خاص محدود شود؟ Web Locks API به شما امکان کنترل محدوده قفل‌هایتان را می‌دهد.
• به طور کامل تست کنید: کد خود را به طور کامل تست کنید تا اطمینان حاصل کنید که همزمانی را به درستی مدیریت می‌کند و از شرایط رقابتی جلوگیری می‌کند. از ابزارهای تست همزمانی برای شبیه‌سازی دسترسی و تغییر همزمان منابع مشترک توسط چندین کاربر استفاده کنید.

محدودیت‌های Web Locks API

در حالی که Web Locks API مکانیزم قدرتمندی برای همگام‌سازی دسترسی به منابع در برنامه‌های وب فراهم می‌کند، آگاهی از محدودیت‌های آن مهم است.

• پشتیبانی مرورگر: Web Locks API توسط همه مرورگرها پشتیبانی نمی‌شود. قبل از استفاده از این API در کد تولیدی خود، سازگاری مرورگرها را بررسی کنید. ممکن است Polyfill هایی برای ارائه پشتیبانی در مرورگرهای قدیمی‌تر موجود باشد.
• پایداری (Persistence): قفل‌ها بین جلسات مرورگر پایدار نیستند. هنگامی که مرورگر بسته یا تازه‌سازی می‌شود، تمام قفل‌ها آزاد می‌شوند.
• عدم وجود قفل‌های توزیع شده: Web Locks API فقط همگام‌سازی را در یک نمونه مرورگر فراهم می‌کند. این API مکانیزمی برای همگام‌سازی دسترسی به منابع در چندین ماشین یا سرور ارائه نمی‌دهد. برای قفل‌گذاری توزیع شده، باید به مکانیزم‌های قفل‌گذاری سمت سرور تکیه کنید.
• قفل‌گذاری مشارکتی (Cooperative Locking): Web Locks API بر قفل‌گذاری مشارکتی تکیه دارد. این به عهده توسعه‌دهندگان است که اطمینان حاصل کنند کدی که به منابع مشترک دسترسی دارد، از پروتکل قفل‌گذاری پیروی می‌کند. این API نمی‌تواند از دسترسی کد به منابع بدون به دست آوردن قفل جلوگیری کند.

جایگزین‌های Web Locks API

در حالی که Web Locks API ابزار ارزشمندی برای همگام‌سازی منابع ارائه می‌دهد، چندین رویکرد جایگزین نیز وجود دارد که هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند.

• قفل‌گذاری سمت سرور: پیاده‌سازی مکانیزم‌های قفل‌گذاری در سرور یک رویکرد سنتی برای مدیریت همزمانی است. این شامل استفاده از تراکنش‌های پایگاه داده، قفل‌گذاری خوش‌بینانه (optimistic locking)، یا قفل‌گذاری بدبینانه (pessimistic locking) برای محافظت از منابع مشترک است. قفل‌گذاری سمت سرور یک راه‌حل قوی‌تر و قابل اعتمادتر برای همزمانی توزیع شده فراهم می‌کند، اما می‌تواند تأخیر ایجاد کرده و بار روی سرور را افزایش دهد.
• عملیات اتمی (Atomic Operations): برخی از ساختارهای داده و API ها عملیات اتمی را ارائه می‌دهند که تضمین می‌کند یک توالی از عملیات به عنوان یک واحد واحد و تجزیه‌ناپذیر اجرا شود. این می‌تواند برای همگام‌سازی دسترسی به ساختارهای داده ساده بدون نیاز به قفل‌های صریح مفید باشد.
• ارسال پیام (Message Passing): به جای به اشتراک گذاشتن حالت قابل تغییر، استفاده از ارسال پیام برای ارتباط بین بخش‌های مختلف برنامه خود را در نظر بگیرید. این رویکرد می‌تواند با حذف نیاز به قفل‌های مشترک، مدیریت همزمانی را ساده‌تر کند.
• تغییرناپذیری (Immutability): استفاده از ساختارهای داده تغییرناپذیر نیز می‌تواند مدیریت همزمانی را ساده‌تر کند. داده‌های تغییرناپذیر پس از ایجاد قابل تغییر نیستند و احتمال بروز شرایط رقابتی را از بین می‌برند.

نتیجه‌گیری

Web Locks API ابزاری ارزشمند برای همگام‌سازی دسترسی به منابع و مدیریت دسترسی همزمان در برنامه‌های وب است. با ارائه یک مکانیزم قفل‌گذاری سمت کلاینت، این API می‌تواند عملکرد را بهبود بخشد، از خرابی داده‌ها جلوگیری کند و تجربه کاربری را ارتقا دهد. با این حال، درک محدودیت‌های API و استفاده مناسب از آن مهم است. قبل از پیاده‌سازی Web Locks API، نیازمندی‌های خاص برنامه خود، سازگاری مرورگرها و پتانسیل بن‌بست را در نظر بگیرید.

با پیروی از بهترین شیوه‌های ذکر شده در این راهنما، می‌توانید از Web Locks API برای ساخت برنامه‌های وب قوی و پاسخگو استفاده کنید که همزمانی را به درستی مدیریت کرده و یکپارچگی داده‌ها را در محیط‌های متنوع جهانی تضمین می‌کنند.