API Web Locks Frontend : Primitives de Synchronisation de Ressources pour des Applications Robustes

Dans le développement web moderne, la création d'applications interactives et riches en fonctionnalités implique souvent la gestion de ressources partagées et le traitement d'opérations concurrentes. Sans mécanismes de synchronisation appropriés, ces opérations concurrentes peuvent entraîner la corruption de données, des conditions de concurrence critique (race conditions) et un comportement inattendu de l'application. L'API Web Locks Frontend offre une solution puissante en proposant des primitives de synchronisation de ressources directement dans l'environnement du navigateur. Cet article de blog explorera en détail l'API Web Locks, couvrant ses avantages, ses cas d'utilisation, son implémentation et les considérations pour construire des applications web robustes et fiables qui gèrent efficacement les opérations concurrentes.

Introduction à l'API Web Locks

L'API Web Locks est une API JavaScript qui permet aux développeurs de coordonner l'utilisation de ressources partagées dans une application web. Elle fournit un mécanisme pour acquérir et libérer des verrous sur des ressources, garantissant qu'un seul morceau de code peut accéder à une ressource spécifique à un moment donné. Ceci est particulièrement utile dans des scénarios impliquant plusieurs onglets, fenêtres ou workers de navigateur accédant aux mêmes données ou effectuant des opérations conflictuelles.

Concepts Clés

• Verrou (Lock) : Un mécanisme qui accorde un accès exclusif ou partagé à une ressource.
• Ressource : Toute donnée ou fonctionnalité partagée qui nécessite une synchronisation. Les exemples incluent les bases de données IndexedDB, les fichiers stockés dans le système de fichiers du navigateur, ou même des variables spécifiques en mémoire.
• Portée (Scope) : Le contexte dans lequel un verrou est détenu. Les verrous peuvent avoir une portée limitée à une origine spécifique, un seul onglet ou un shared worker.
• Mode : Le type d'accès demandé pour un verrou. Les verrous exclusifs empêchent tout autre code d'accéder à la ressource, tandis que les verrous partagés autorisent plusieurs lecteurs mais excluent les rédacteurs.
• Requête (Request) : L'acte de tenter d'acquérir un verrou. Les requêtes de verrou peuvent être bloquantes (attendant que le verrou soit disponible) ou non bloquantes (échouant immédiatement si le verrou n'est pas disponible).

Avantages de l'Utilisation de l'API Web Locks

L'API Web Locks offre plusieurs avantages pour la création d'applications web robustes et fiables :

• Intégrité des Données : Empêche la corruption des données en garantissant que les opérations concurrentes n'interfèrent pas les unes avec les autres.
• Prévention des Conditions de Concurrence : Élimine les conditions de concurrence critique en sérialisant l'accès aux ressources partagées.
• Amélioration des Performances : Optimise les performances en réduisant la contention et en minimisant le besoin de logiques de synchronisation complexes.
• Développement Simplifié : Fournit une API claire et simple pour gérer l'accès aux ressources, réduisant la complexité de la programmation concurrente.
• Coordination Cross-Origine : Permet la coordination des ressources partagées entre différentes origines, autorisant des applications web plus complexes et intégrées.
• Fiabilité Accrue : Augmente la fiabilité globale des applications web en prévenant les comportements inattendus dus aux problèmes d'accès concurrent.

Cas d'Utilisation de l'API Web Locks

L'API Web Locks peut être appliquée à un large éventail de scénarios où l'accès concurrent aux ressources partagées doit être géré avec soin.

Synchronisation d'IndexedDB

IndexedDB est une puissante base de données côté client qui permet aux applications web de stocker de grandes quantités de données structurées. Lorsque plusieurs onglets ou workers accèdent à la même base de données IndexedDB, l'API Web Locks peut être utilisée pour prévenir la corruption des données et garantir leur cohérence. Par exemple :

            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('Base de données mise à jour avec succès.');
 });
 console.log('Verrou libéré.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, la méthode navigator.locks.request acquiert un verrou sur la base de données IndexedDB identifiée par dbName. La fonction de rappel fournie n'est exécutée qu'après l'acquisition du verrou. À l'intérieur du rappel, la base de données est ouverte, une transaction est créée et les données sont mises à jour. Une fois la transaction terminée et la base de données fermée, le verrou est automatiquement libéré. Cela garantit qu'une seule instance de la fonction updateDatabase peut modifier la base de données à un moment donné, évitant ainsi les conditions de concurrence et la corruption des données.

Exemple : Imaginez une application d'édition de documents collaborative où plusieurs utilisateurs peuvent modifier simultanément le même document. L'API Web Locks peut être utilisée pour synchroniser l'accès aux données du document stockées dans IndexedDB, garantissant que les modifications apportées par un utilisateur sont correctement répercutées dans les vues des autres utilisateurs sans conflit.

Accès au Système de Fichiers

L'API File System Access permet aux applications web d'accéder aux fichiers et répertoires sur le système de fichiers local de l'utilisateur. Lorsque plusieurs parties de l'application ou plusieurs onglets de navigateur interagissent avec le même fichier, l'API Web Locks peut être utilisée pour coordonner l'accès et prévenir les conflits. Par exemple :

            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('Fichier écrit avec succès.');
 });
 console.log('Verrou libéré.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, la méthode navigator.locks.request acquiert un verrou sur le fichier identifié par fileHandle.name. La fonction de rappel crée ensuite un flux inscriptible, écrit les données dans le fichier et ferme le flux. Le verrou est automatiquement libéré une fois le rappel terminé. Cela garantit qu'une seule instance de la fonction writeFile peut modifier le fichier à un moment donné, prévenant ainsi la corruption des données et assurant leur intégrité.

Exemple : Imaginez un éditeur d'images basé sur le web qui permet aux utilisateurs de sauvegarder et de charger des images depuis leur système de fichiers local. L'API Web Locks peut être utilisée pour empêcher plusieurs instances de l'éditeur d'écrire simultanément dans le même fichier, ce qui pourrait entraîner une perte ou une corruption de données.

Coordination des Service Workers

Les service workers sont des scripts en arrière-plan qui peuvent intercepter les requêtes réseau et fournir des fonctionnalités hors ligne. Lorsque plusieurs service workers s'exécutent en parallèle ou lorsque le service worker interagit avec le thread principal, l'API Web Locks peut être utilisée pour coordonner l'accès aux ressources partagées et prévenir les conflits. Par exemple :

            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
              
            
          

Dans cet exemple, la méthode navigator.locks.request acquiert un verrou sur la ressource cache-update. La fonction de rappel récupère la ressource demandée sur le réseau, l'ajoute au cache et retourne la réponse. Cela garantit qu'un seul événement fetch peut mettre à jour le cache à un moment donné, évitant les conditions de concurrence et assurant la cohérence du cache.

Exemple : Considérez une application web progressive (PWA) qui utilise un service worker pour mettre en cache les ressources fréquemment consultées. L'API Web Locks peut être utilisée pour empêcher plusieurs instances de service worker de mettre à jour simultanément le cache, garantissant ainsi que le cache reste cohérent et à jour.

Synchronisation des Web Workers

Les web workers permettent aux applications web d'effectuer des tâches gourmandes en calcul en arrière-plan sans bloquer le thread principal. Lorsque plusieurs web workers accèdent à des données partagées ou effectuent des opérations conflictuelles, l'API Web Locks peut être utilisée pour coordonner leurs activités et prévenir la corruption des données. Par exemple :

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

// Dans worker.js :
self.addEventListener('message', async (event) => {
 if (event.data.type === 'updateData') {
 const lock = await navigator.locks.request('data-update', async () => {
 // Simuler la mise à jour des données partagées
 console.log('Mise à jour des données dans le worker :', event.data.data);
 // Remplacer par la logique de mise à jour réelle des données
 self.postMessage({ type: 'dataUpdated', data: event.data.data });
 });
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, le thread principal envoie un message au web worker pour mettre à jour certaines données partagées. Le web worker acquiert ensuite un verrou sur la ressource data-update avant de mettre à jour les données. Cela garantit qu'un seul web worker peut mettre à jour les données à un moment donné, prévenant les conditions de concurrence et assurant l'intégrité des données.

Exemple : Imaginez une application web qui utilise plusieurs web workers pour effectuer des tâches de traitement d'image. L'API Web Locks peut être utilisée pour synchroniser l'accès aux données d'image partagées, garantissant que les workers n'interfèrent pas les uns avec les autres et que l'image finale est cohérente.

Implémentation de l'API Web Locks

L'API Web Locks est relativement simple à utiliser. La méthode principale est navigator.locks.request, qui prend deux paramètres obligatoires :

• name : Une chaîne de caractères qui identifie la ressource à verrouiller. Ce peut être n'importe quelle chaîne arbitraire qui a du sens pour votre application.
• callback : Une fonction qui est exécutée après l'acquisition du verrou. Cette fonction doit contenir le code qui a besoin d'accéder à la ressource partagée.

La méthode request retourne une promesse (Promise) qui se résout lorsque le verrou a été acquis et que la fonction de rappel est terminée. Le verrou est automatiquement libéré lorsque la fonction de rappel retourne ou lève une erreur.

Utilisation de Base

            async function accessSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, async () => {
 console.log('Accès à la ressource partagée :', resourceName);
 // Effectuer des opérations sur la ressource partagée
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simuler une tâche
 console.log('Fin de l\'accès à la ressource partagée :', resourceName);
 });
 console.log('Verrou libéré pour :', resourceName);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, la fonction accessSharedResource acquiert un verrou sur la ressource identifiée par resourceName. La fonction de rappel effectue ensuite quelques opérations sur la ressource partagée, simulant une tâche avec un délai de 2 secondes. Le verrou est automatiquement libéré une fois le rappel terminé. Les logs de la console montreront quand la ressource est accédée et quand le verrou est libéré.

Modes de Verrouillage

La méthode navigator.locks.request accepte également un objet d'options facultatif qui vous permet de spécifier le mode de verrouillage. Les modes de verrouillage disponibles sont :

• 'exclusive' : Le mode par défaut. Accorde un accès exclusif à la ressource. Aucun autre code ne peut acquérir un verrou sur la ressource tant que le verrou exclusif n'est pas libéré.
• 'shared' : Permet à plusieurs lecteurs d'accéder simultanément à la ressource, mais exclut les rédacteurs. Un seul verrou exclusif peut être détenu à la fois.

            async function readSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { mode: 'shared' }, async () => {
 console.log('Lecture de la ressource partagée :', resourceName);
 // Effectuer des opérations de lecture sur la ressource partagée
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000)); // Simuler la lecture
 console.log('Fin de la lecture de la ressource partagée :', resourceName);
 });
 console.log('Verrou partagé libéré pour :', resourceName);
}

async function writeSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { mode: 'exclusive' }, async () => {
 console.log('Écriture sur la ressource partagée :', resourceName);
 // Effectuer des opérations d'écriture sur la ressource partagée
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simuler l'écriture
 console.log('Fin de l\'écriture sur la ressource partagée :', resourceName);
 });
 console.log('Verrou exclusif libéré pour :', resourceName);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, la fonction readSharedResource acquiert un verrou partagé sur la ressource, permettant à plusieurs lecteurs d'y accéder simultanément. La fonction writeSharedResource acquiert un verrou exclusif, empêchant tout autre code d'accéder à la ressource jusqu'à ce que l'opération d'écriture soit terminée.

Requêtes Non Bloquantes

Par défaut, la méthode navigator.locks.request est bloquante, ce qui signifie qu'elle attendra que le verrou soit disponible avant d'exécuter la fonction de rappel. Cependant, vous pouvez également faire des requêtes non bloquantes en spécifiant l'option ifAvailable :

            async function tryAccessSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { ifAvailable: true }, async () => {
 console.log('Verrou acquis avec succès, accès à la ressource partagée :', resourceName);
 // Effectuer des opérations sur la ressource partagée
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000)); // Simuler une tâche
 console.log('Fin de l\'accès à la ressource partagée :', resourceName);
});

 if (!lock) {
 console.log('Échec de l\'acquisition du verrou pour :', resourceName);
 }
 console.log('Tentative d\'acquisition du verrou terminée.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, la fonction tryAccessSharedResource tente d'acquérir un verrou sur la ressource. Si le verrou est immédiatement disponible, la fonction de rappel est exécutée et la promesse se résout avec une valeur. Si le verrou n'est pas disponible, la promesse se résout avec undefined, indiquant que le verrou n'a pas pu être acquis. Cela vous permet d'implémenter une logique alternative si la ressource est actuellement verrouillée.

Gestion des Erreurs

Il est essentiel de gérer les erreurs potentielles lors de l'utilisation de l'API Web Locks. La méthode navigator.locks.request peut lever des exceptions s'il y a des problèmes pour acquérir le verrou. Vous pouvez utiliser un bloc try...catch pour gérer ces erreurs :

            async function accessSharedResourceWithErrorHandler(resourceName) {
 try {
 await navigator.locks.request(resourceName, async () => {
 console.log('Accès à la ressource partagée :', resourceName);
 // Effectuer des opérations sur la ressource partagée
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simuler une tâche
 console.log('Fin de l\'accès à la ressource partagée :', resourceName);
 });
 console.log('Verrou libéré pour :', resourceName);
 } catch (error) {
 console.error('Erreur lors de l\'accès à la ressource partagée :', error);
 // Gérer l'erreur de manière appropriée
 }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, toute erreur survenant lors de l'acquisition du verrou ou à l'intérieur de la fonction de rappel sera interceptée par le bloc catch. Vous pouvez alors gérer l'erreur de manière appropriée, par exemple en enregistrant le message d'erreur ou en affichant un message d'erreur à l'utilisateur.

Considérations et Bonnes Pratiques

Lors de l'utilisation de l'API Web Locks, il est important de prendre en compte les bonnes pratiques suivantes :

• Garder les Verrous de Courte Durée : Détenez les verrous pendant la durée la plus courte possible pour minimiser la contention et maximiser les performances.
• Éviter les Interblocages (Deadlocks) : Soyez prudent lors de l'acquisition de plusieurs verrous pour éviter les interblocages. Assurez-vous que les verrous sont toujours acquis dans le même ordre pour éviter les dépendances circulaires.
• Choisir des Noms de Ressources Descriptifs : Utilisez des noms descriptifs et significatifs pour vos ressources afin de rendre votre code plus facile à comprendre et à maintenir.
• Gérer les Erreurs avec Élégance : Implémentez une gestion appropriée des erreurs pour récupérer gracieusement des échecs d'acquisition de verrou et d'autres erreurs potentielles.
• Tester Minutieusement : Testez votre code de manière approfondie pour vous assurer qu'il se comporte correctement dans des conditions d'accès concurrent.
• Envisager des Alternatives : Évaluez si l'API Web Locks est le mécanisme de synchronisation le plus approprié pour votre cas d'utilisation spécifique. D'autres options, telles que les opérations atomiques ou la transmission de messages, peuvent être plus adaptées dans certaines situations.
• Surveiller les Performances : Surveillez les performances de votre application pour identifier les goulots d'étranglement potentiels liés à la contention des verrous. Utilisez les outils de développement du navigateur pour analyser les temps d'acquisition des verrous et identifier les zones d'optimisation.

Support des Navigateurs

L'API Web Locks bénéficie d'un bon support sur les principaux navigateurs, y compris Chrome, Firefox, Safari et Edge. Cependant, il est toujours judicieux de vérifier les dernières informations de compatibilité des navigateurs sur des ressources comme Can I use avant de l'implémenter dans vos applications de production. Vous pouvez également utiliser la détection de fonctionnalités pour vérifier si l'API est prise en charge dans le navigateur actuel :

            if ('locks' in navigator) {
 console.log('L\'API Web Locks est supportée.');
 // Utiliser l'API Web Locks
} else {
 console.log('L\'API Web Locks n\'est pas supportée.');
 // Implémenter un mécanisme de synchronisation alternatif
}

            

              
                Copy
              
            
          

Cas d'Utilisation Avancés

Verrous Distribués

Bien que l'API Web Locks soit principalement conçue pour coordonner l'accès aux ressources dans un seul contexte de navigateur, elle peut également être utilisée pour implémenter des verrous distribués sur plusieurs instances de navigateur ou même sur différents appareils. Cela peut être réalisé en utilisant un mécanisme de stockage partagé, tel qu'une base de données côté serveur ou un service de stockage basé sur le cloud, pour suivre l'état des verrous.

Par exemple, vous pourriez stocker les informations de verrouillage dans une base de données Redis et utiliser l'API Web Locks en conjonction avec une API côté serveur pour coordonner l'accès à la ressource partagée. Lorsqu'un client demande un verrou, l'API côté serveur vérifierait si le verrou est disponible dans Redis. Si c'est le cas, l'API acquerrait le verrou et renverrait une réponse de succès au client. Le client utiliserait alors l'API Web Locks pour acquérir un verrou local sur la ressource. Lorsque le client libère le verrou, il notifierait l'API côté serveur, qui libérerait alors le verrou dans Redis.

Verrouillage Basé sur la Priorité

Dans certains scénarios, il peut être nécessaire de prioriser certaines demandes de verrou par rapport à d'autres. Par exemple, vous pourriez vouloir donner la priorité aux demandes de verrou des utilisateurs administratifs ou aux demandes de verrou qui sont critiques pour la fonctionnalité de l'application. L'API Web Locks ne prend pas directement en charge le verrouillage basé sur la priorité, mais vous pouvez l'implémenter vous-même en utilisant une file d'attente pour gérer les demandes de verrou.

Lorsqu'une demande de verrou est reçue, vous pouvez l'ajouter à la file d'attente avec une valeur de priorité. Le gestionnaire de verrous traiterait alors la file d'attente par ordre de priorité, accordant les verrous aux demandes de la plus haute priorité en premier. Cela peut être réalisé en utilisant des techniques telles qu'une structure de données de file de priorité ou des algorithmes de tri personnalisés.

Alternatives à l'API Web Locks

Bien que l'API Web Locks fournisse un mécanisme puissant pour synchroniser l'accès aux ressources partagées, ce n'est pas toujours la meilleure solution pour chaque problème. Selon le cas d'utilisation spécifique, d'autres mécanismes de synchronisation peuvent être plus appropriés.

• Opérations Atomiques : Les opérations atomiques, telles que Atomics en JavaScript, fournissent un mécanisme de bas niveau pour effectuer des opérations de lecture-modification-écriture atomiques sur la mémoire partagée. Ces opérations sont garanties d'être atomiques, ce qui signifie qu'elles se termineront toujours sans interruption. Les opérations atomiques peuvent être utiles pour synchroniser l'accès à des structures de données simples, comme des compteurs ou des drapeaux.
• Transmission de Messages : La transmission de messages implique l'envoi de messages entre différentes parties de l'application pour coordonner leurs activités. Cela peut être réalisé en utilisant des techniques telles que postMessage ou les WebSockets. La transmission de messages peut être utile pour synchroniser l'accès à des structures de données complexes ou pour coordonner les activités entre différents contextes de navigateur.
• Mutex et Sémaphores : Les mutex et les sémaphores sont des primitives de synchronisation traditionnelles qui sont couramment utilisées dans les systèmes d'exploitation et les environnements de programmation multithread. Bien que ces primitives ne soient pas directement disponibles en JavaScript, vous pouvez les implémenter vous-même en utilisant des techniques telles que Promise et setTimeout.

Exemples Concrets et Études de Cas

Pour illustrer l'application pratique de l'API Web Locks, considérons quelques exemples concrets et études de cas :

• Application de Tableau Blanc Collaboratif : Une application de tableau blanc collaboratif permet à plusieurs utilisateurs de dessiner et d'annoter simultanément sur une toile partagée. L'API Web Locks peut être utilisée pour synchroniser l'accès aux données de la toile, garantissant que les modifications apportées par un utilisateur sont correctement répercutées dans les vues des autres utilisateurs sans conflit.
• Éditeur de Code en Ligne : Un éditeur de code en ligne permet à plusieurs utilisateurs de modifier en collaboration le même fichier de code. L'API Web Locks peut être utilisée pour synchroniser l'accès aux données du fichier de code, empêchant plusieurs utilisateurs d'apporter simultanément des modifications contradictoires.
• Plateforme de Commerce Électronique : Une plateforme de commerce électronique permet à plusieurs utilisateurs de parcourir et d'acheter des produits simultanément. L'API Web Locks peut être utilisée pour synchroniser l'accès aux données d'inventaire, garantissant que les produits ne sont pas sur-vendus et que le décompte de l'inventaire reste exact.
• Système de Gestion de Contenu (CMS) : Un CMS permet à plusieurs auteurs de créer et de modifier du contenu simultanément. L'API Web Locks peut être utilisée pour synchroniser l'accès aux données de contenu, empêchant plusieurs auteurs d'apporter simultanément des modifications contradictoires au même article ou à la même page.

Conclusion

L'API Web Locks Frontend fournit un outil précieux pour créer des applications web robustes et fiables qui gèrent efficacement les opérations concurrentes. En offrant des primitives de synchronisation de ressources directement dans l'environnement du navigateur, elle simplifie le processus de développement et réduit le risque de corruption de données, de conditions de concurrence et de comportement inattendu. Que vous construisiez une application collaborative, un outil basé sur le système de fichiers ou une PWA complexe, l'API Web Locks peut vous aider à garantir l'intégrité des données et à améliorer l'expérience utilisateur globale. Comprendre ses capacités et ses bonnes pratiques est crucial pour les développeurs web modernes qui cherchent à créer des applications résilientes et de haute qualité.