Web Locks API: Sinkronizacija resursa i kontrola istovremenog pristupa

U modernom krajoliku web razvoja, izgradnja robusnih i responzivnih aplikacija često uključuje upravljanje dijeljenim resursima i rukovanje istovremenim pristupom. Kada više dijelova vaše aplikacije, ili čak više kartica ili prozora preglednika, istovremeno pokušava pristupiti i mijenjati iste podatke, mogu se pojaviti uvjeti utrke (race conditions) i oštećenje podataka. Web Locks API pruža mehanizam za sinkronizaciju pristupa tim resursima, osiguravajući integritet podataka i sprječavajući neočekivano ponašanje.

Razumijevanje potrebe za sinkronizacijom resursa

Razmotrite scenarij u kojem korisnik uređuje dokument u web aplikaciji. Više kartica preglednika može biti otvoreno s istim dokumentom, ili aplikacija može imati pozadinske procese koji povremeno spremaju dokument. Bez odgovarajuće sinkronizacije, promjene napravljene u jednoj kartici mogle bi biti prebrisane promjenama napravljenim u drugoj, što rezultira gubitkom podataka i frustrirajućim korisničkim iskustvom. Slično, u e-trgovini, više korisnika može istovremeno pokušati kupiti posljednji artikl na zalihi. Bez mehanizma za sprječavanje prekomjerne prodaje, mogle bi se napraviti narudžbe koje se ne mogu ispuniti, što dovodi do nezadovoljstva kupaca.

Tradicionalni pristupi upravljanju istovremenošću, poput oslanjanja isključivo na mehanizme zaključavanja na strani poslužitelja, mogu uvesti značajnu latenciju i složenost. Web Locks API pruža rješenje na strani klijenta koje omogućuje developerima da koordiniraju pristup resursima izravno unutar preglednika, poboljšavajući performanse i smanjujući opterećenje na poslužitelju.

Predstavljanje Web Locks API-ja

Web Locks API je JavaScript API koji vam omogućuje stjecanje i otpuštanje zaključavanja na imenovanim resursima unutar web aplikacije. Ta su zaključavanja ekskluzivna, što znači da samo jedan dio koda može držati zaključavanje na određenom resursu u bilo kojem trenutku. Ova ekskluzivnost osigurava da se kritični odjeljci koda koji pristupaju i mijenjaju dijeljene podatke izvršavaju na kontroliran i predvidljiv način.

API je dizajniran da bude asinkron, koristeći Promises (obećanja) za obavještavanje kada je zaključavanje stečeno ili otpušteno. Ova neblokirajuća priroda sprječava zamrzavanje korisničkog sučelja dok se čeka na zaključavanje, osiguravajući responzivno korisničko iskustvo.

Ključni pojmovi i terminologija

• Naziv zaključavanja (Lock Name): Niz znakova koji identificira resurs koji je zaštićen zaključavanjem. Ovaj se naziv koristi za stjecanje i otpuštanje zaključavanja na istom resursu. Naziv zaključavanja je osjetljiv na velika i mala slova.
• Način zaključavanja (Lock Mode): Određuje vrstu zaključavanja koje se traži. API podržava dva načina:
• `exclusive` (zadani): Dopušten je samo jedan vlasnik zaključavanja u isto vrijeme.
• `shared`: Omogućuje više vlasnika zaključavanja istovremeno, pod uvjetom da nijedan drugi vlasnik nema ekskluzivno zaključavanje na istom resursu.
• Zahtjev za zaključavanje (Lock Request): Asinkrona operacija koja pokušava steći zaključavanje. Zahtjev se rješava kada je zaključavanje uspješno stečeno ili se odbija ako se zaključavanje ne može steći (npr. jer drugi dio koda već drži ekskluzivno zaključavanje).
• Otpuštanje zaključavanja (Lock Release): Operacija koja otpušta zaključavanje, čineći ga dostupnim za stjecanje od strane drugog koda.

Korištenje Web Locks API-ja: Praktični primjeri

Istražimo neke praktične primjere kako se Web Locks API može koristiti za sinkronizaciju pristupa resursima u web aplikacijama.

Primjer 1: Sprječavanje istovremenog uređivanja dokumenata

Zamislite aplikaciju za kolaborativno uređivanje dokumenata gdje više korisnika može istovremeno uređivati isti dokument. Kako bismo spriječili sukobe, možemo koristiti Web Locks API kako bismo osigurali da samo jedan korisnik može mijenjati dokument u bilo kojem trenutku.

async function saveDocument(documentId, content) {
  try {
    await navigator.locks.request(documentId, async () => {
      // Kritični odjeljak: Spremi sadržaj dokumenta na poslužitelj
      console.log(`Zaključavanje za dokument ${documentId} je dobiveno. Spremanje...`);
      await saveToServer(documentId, content);
      console.log(`Dokument ${documentId} je uspješno spremljen.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Spremanje dokumenta ${documentId} nije uspjelo:`, error);
  }
}

async function saveToServer(documentId, content) {
  // Simulacija spremanja na poslužitelj (zamijenite stvarnim API pozivom)
  return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
}

U ovom primjeru, funkcija `saveDocument` pokušava steći zaključavanje na dokumentu koristeći ID dokumenta kao naziv zaključavanja. Metoda `navigator.locks.request` prima dva argumenta: naziv zaključavanja i povratnu funkciju (callback). Povratna funkcija se izvršava tek nakon što je zaključavanje uspješno stečeno. Unutar povratne funkcije, sadržaj dokumenta se sprema na poslužitelj. Kada se povratna funkcija završi, zaključavanje se automatski otpušta. Ako druga instanca funkcije pokuša izvršiti s istim `documentId`, čekat će dok se zaključavanje ne otpusti. Ako se dogodi pogreška, ona se hvata i zapisuje.

Primjer 2: Kontrola pristupa lokalnoj pohrani (Local Storage)

Lokalna pohrana (Local Storage) je uobičajeni mehanizam za pohranjivanje podataka u pregledniku. Međutim, ako više dijelova vaše aplikacije pokuša istovremeno pristupiti i mijenjati lokalnu pohranu, može doći do oštećenja podataka. Web Locks API se može koristiti za sinkronizaciju pristupa lokalnoj pohrani, osiguravajući integritet podataka.

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('localStorage', async () => {
      // Kritični odjeljak: Ažuriranje lokalne pohrane
      console.log(`Zaključavanje za localStorage dobiveno. Ažuriranje ključa ${key}...`);
      localStorage.setItem(key, value);
      console.log(`Ključ ${key} ažuriran u localStorage.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Ažuriranje localStorage nije uspjelo:`, error);
  }
}

U ovom primjeru, funkcija `updateLocalStorage` pokušava steći zaključavanje na resursu 'localStorage'. Povratna funkcija zatim ažurira navedeni ključ u lokalnoj pohrani. Zaključavanje osigurava da samo jedan dio koda može pristupiti lokalnoj pohrani u isto vrijeme, sprječavajući uvjete utrke.

Primjer 3: Upravljanje dijeljenim resursima u Web Workerima

Web Workeri vam omogućuju pokretanje JavaScript koda u pozadini, bez blokiranja glavne niti. Međutim, ako Web Worker treba pristupiti dijeljenim resursima s glavnom niti ili drugim Web Workerima, sinkronizacija je neophodna. Web Locks API se može koristiti za koordinaciju pristupa tim resursima.

Prvo, u vašoj glavnoj niti:

async function mainThreadFunction() {
    try {
        await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
            console.log('Glavna nit je dobila zaključavanje za sharedResource');
            // Pristup i izmjena dijeljenog resursa
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulacija rada
            console.log('Glavna nit otpušta zaključavanje za sharedResource');
        });
    } catch (error) {
        console.error('Glavna nit nije uspjela dobiti zaključavanje:', error);
    }
}

mainThreadFunction();

Zatim, u vašem Web Workeru:

self.addEventListener('message', async (event) => {
    if (event.data.type === 'accessSharedResource') {
        try {
            await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
                console.log('Web Worker je dobio zaključavanje za sharedResource');
                // Pristup i izmjena dijeljenog resursa
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000)); // Simulacija rada
                console.log('Web Worker otpušta zaključavanje za sharedResource');
                self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: true });
            });
        } catch (error) {
            console.error('Web Worker nije uspio dobiti zaključavanje:', error);
            self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: false, error: error.message });
        }
    }
});

U ovom primjeru, i glavna nit i Web Worker pokušavaju steći zaključavanje na `sharedResource`. Objekt `navigator.locks` dostupan je u Web Workerima, omogućujući im da sudjeluju u istom mehanizmu zaključavanja kao i glavna nit. Poruke se koriste za komunikaciju između glavne niti i workera, pokrećući pokušaj stjecanja zaključavanja.

Načini zaključavanja: Ekskluzivno (Exclusive) vs. Dijeljeno (Shared)

Web Locks API podržava dva načina zaključavanja: `exclusive` i `shared`. Izbor načina zaključavanja ovisi o specifičnim zahtjevima vaše aplikacije.

Ekskluzivna zaključavanja

Ekskluzivno zaključavanje daje isključivi pristup resursu. Samo jedan dio koda može držati ekskluzivno zaključavanje na određenom resursu u bilo kojem trenutku. Ovaj način je prikladan za scenarije gdje samo jedan proces treba moći mijenjati resurs u isto vrijeme. Na primjer, pisanje podataka u datoteku, ažuriranje zapisa u bazi podataka ili mijenjanje stanja UI komponente.

Svi gornji primjeri koristili su ekskluzivna zaključavanja prema zadanim postavkama. Ne trebate specificirati način jer je `exclusive` zadani.

Dijeljena zaključavanja

Dijeljeno zaključavanje omogućuje više dijelova koda da istovremeno drže zaključavanje na resursu, pod uvjetom da nijedan drugi kod ne drži ekskluzivno zaključavanje na istom resursu. Ovaj način je prikladan za scenarije gdje više procesa treba istovremeno čitati resurs, ali nijedan proces ga ne treba mijenjati. Na primjer, čitanje podataka iz datoteke, slanje upita bazi podataka ili renderiranje UI komponente.

Da biste zatražili dijeljeno zaključavanje, trebate navesti opciju `mode` u metodi `navigator.locks.request`.

async function readData(resourceId) {
  try {
    await navigator.locks.request(resourceId, { mode: 'shared' }, async () => {
      // Kritični odjeljak: Čitanje podataka iz resursa
      console.log(`Dijeljeno zaključavanje dobiveno za resurs ${resourceId}. Čitanje...`);
      const data = await readFromResource(resourceId);
      console.log(`Podaci pročitani iz resursa ${resourceId}:`, data);
      return data;
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Čitanje podataka iz resursa ${resourceId} nije uspjelo:`, error);
  }
}

async function readFromResource(resourceId) {
  // Simulacija čitanja iz resursa (zamijenite stvarnim API pozivom)
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve({ value: 'Neki podaci' }), 500));
}

U ovom primjeru, funkcija `readData` traži dijeljeno zaključavanje na navedenom resursu. Više instanci ove funkcije može se izvršavati istovremeno, sve dok nijedan drugi kod ne drži ekskluzivno zaključavanje na istom resursu.

Razmatranja za globalne aplikacije

Prilikom razvoja web aplikacija za globalnu publiku, ključno je razmotriti implikacije sinkronizacije resursa i kontrole istovremenog pristupa u različitim okruženjima.

• Latencija mreže: Visoka latencija mreže može pogoršati utjecaj problema s istovremenošću. Mehanizmi zaključavanja na strani poslužitelja mogu uvesti značajna kašnjenja, što dovodi do lošeg korisničkog iskustva. Web Locks API može pomoći u ublažavanju toga pružanjem rješenja na strani klijenta za sinkronizaciju pristupa resursima.
• Vremenske zone: Kada se radi s vremenski osjetljivim podacima, poput zakazivanja događaja ili obrade transakcija, bitno je uzeti u obzir različite vremenske zone. Pravilni mehanizmi sinkronizacije mogu pomoći u sprječavanju sukoba i osiguravanju konzistentnosti podataka u geografski raspoređenim sustavima.
• Kulturne razlike: Različite kulture mogu imati različita očekivanja u vezi s pristupom i izmjenom podataka. Na primjer, neke kulture mogu dati prednost suradnji u stvarnom vremenu, dok druge mogu preferirati asinkroniji pristup. Važno je dizajnirati vašu aplikaciju tako da udovoljava tim različitim potrebama.
• Jezik i lokalizacija: Sam Web Locks API ne uključuje izravno jezik ili lokalizaciju. Međutim, resursi koji se sinkroniziraju mogu sadržavati lokalizirani sadržaj. Osigurajte da su vaši mehanizmi sinkronizacije kompatibilni s vašom strategijom lokalizacije.

Najbolje prakse za korištenje Web Locks API-ja

• Neka kritični odjeljci budu kratki: Što se zaključavanje duže drži, to je veći potencijal za nadmetanje i kašnjenja. Držite kritične odjeljke koda koji pristupaju i mijenjaju dijeljene podatke što je moguće kraćima.
• Izbjegavajte zastoje (deadlocks): Zastoji se događaju kada su dva ili više dijelova koda blokirani na neodređeno vrijeme, čekajući jedni druge da otpuste zaključavanja. Da biste izbjegli zastoje, osigurajte da se zaključavanja uvijek stječu i otpuštaju u dosljednom redoslijedu.
• Elegantno rukujte pogreškama: Metoda `navigator.locks.request` može se odbiti ako se zaključavanje ne može steći. Rukujte tim pogreškama elegantno, pružajući informativne povratne informacije korisniku.
• Koristite smislena imena za zaključavanja: Odaberite imena zaključavanja koja jasno identificiraju resurse koji se štite. To će vaš kod učiniti lakšim za razumijevanje i održavanje.
• Razmotrite opseg zaključavanja: Odredite odgovarajući opseg za vaša zaključavanja. Treba li zaključavanje biti globalno (preko svih kartica i prozora preglednika) ili bi trebalo biti ograničeno na određenu karticu ili prozor? Web Locks API vam omogućuje kontrolu opsega vaših zaključavanja.
• Testirajte temeljito: Temeljito testirajte svoj kod kako biste osigurali da ispravno rukuje istovremenošću i sprječava uvjete utrke. Koristite alate za testiranje istovremenosti kako biste simulirali više korisnika koji istovremeno pristupaju i mijenjaju dijeljene resurse.

Ograničenja Web Locks API-ja

Iako Web Locks API pruža moćan mehanizam za sinkronizaciju pristupa resursima u web aplikacijama, važno je biti svjestan njegovih ograničenja.

• Podrška preglednika: Web Locks API nije podržan od strane svih preglednika. Provjerite kompatibilnost preglednika prije korištenja API-ja u vašem produkcijskom kodu. Mogu biti dostupni polyfillovi koji pružaju podršku za starije preglednike.
• Postojanost: Zaključavanja nisu postojana između sesija preglednika. Kada se preglednik zatvori ili osvježi, sva zaključavanja se otpuštaju.
• Nema distribuiranih zaključavanja: Web Locks API pruža sinkronizaciju samo unutar jedne instance preglednika. Ne pruža mehanizam za sinkronizaciju pristupa resursima preko više računala ili poslužitelja. Za distribuirano zaključavanje, morat ćete se osloniti na mehanizme zaključavanja na strani poslužitelja.
• Kooperativno zaključavanje: Web Locks API se oslanja na kooperativno zaključavanje. Na developerima je da osiguraju da se kod koji pristupa dijeljenim resursima pridržava protokola zaključavanja. API ne može spriječiti kod da pristupa resursima bez prethodnog stjecanja zaključavanja.

Alternative za Web Locks API

Iako Web Locks API nudi vrijedan alat za sinkronizaciju resursa, postoji nekoliko alternativnih pristupa, svaki sa svojim prednostima i nedostacima.

• Zaključavanje na strani poslužitelja: Implementacija mehanizama zaključavanja na poslužitelju tradicionalan je pristup upravljanju istovremenošću. To uključuje korištenje transakcija baze podataka, optimističkog zaključavanja ili pesimističkog zaključavanja za zaštitu dijeljenih resursa. Zaključavanje na strani poslužitelja pruža robusnije i pouzdanije rješenje za distribuiranu istovremenost, ali može uvesti latenciju i povećati opterećenje na poslužitelju.
• Atomske operacije: Neke strukture podataka i API-ji pružaju atomske operacije, koje jamče da se slijed operacija izvršava kao jedna, nedjeljiva jedinica. To može biti korisno za sinkronizaciju pristupa jednostavnim strukturama podataka bez potrebe za eksplicitnim zaključavanjima.
• Prosljeđivanje poruka: Umjesto dijeljenja promjenjivog stanja, razmislite o korištenju prosljeđivanja poruka za komunikaciju između različitih dijelova vaše aplikacije. Ovaj pristup može pojednostaviti upravljanje istovremenošću eliminirajući potrebu za dijeljenim zaključavanjima.
• Nepromjenjivost (Immutability): Korištenje nepromjenjivih struktura podataka također može pojednostaviti upravljanje istovremenošću. Nepromjenjivi podaci ne mogu se mijenjati nakon što su stvoreni, eliminirajući mogućnost uvjeta utrke.

Zaključak

Web Locks API je vrijedan alat za sinkronizaciju pristupa resursima i upravljanje istovremenim pristupom u web aplikacijama. Pružanjem mehanizma za zaključavanje na strani klijenta, API može poboljšati performanse, spriječiti oštećenje podataka i poboljšati korisničko iskustvo. Međutim, važno je razumjeti ograničenja API-ja i koristiti ga na odgovarajući način. Razmotrite specifične zahtjeve vaše aplikacije, kompatibilnost preglednika i potencijal za zastoje prije implementacije Web Locks API-ja.

Slijedeći najbolje prakse navedene u ovom vodiču, možete iskoristiti Web Locks API za izgradnju robusnih i responzivnih web aplikacija koje elegantno rukuju istovremenošću i osiguravaju integritet podataka u različitim globalnim okruženjima.