API Web Locks Frontend: Primitive di Sincronizzazione delle Risorse per Applicazioni Robuste

Nello sviluppo web moderno, la creazione di applicazioni interattive e ricche di funzionalità spesso implica la gestione di risorse condivise e la gestione di operazioni concorrenti. Senza meccanismi di sincronizzazione adeguati, queste operazioni concorrenti possono portare a danneggiamento dei dati, race condition e comportamenti imprevisti dell'applicazione. L'API Web Locks Frontend fornisce una soluzione potente offrendo primitive di sincronizzazione delle risorse direttamente all'interno dell'ambiente del browser. Questo post del blog esplorerà l'API Web Locks in dettaglio, coprendo i suoi vantaggi, i casi d'uso, l'implementazione e le considerazioni per la creazione di applicazioni web robuste e affidabili.

Introduzione all'API Web Locks

L'API Web Locks è un'API JavaScript che consente agli sviluppatori di coordinare l'uso di risorse condivise in un'applicazione web. Fornisce un meccanismo per acquisire e rilasciare blocchi sulle risorse, garantendo che solo una parte del codice possa accedere a una risorsa specifica in un dato momento. Ciò è particolarmente utile in scenari che coinvolgono più schede del browser, finestre o worker che accedono agli stessi dati o eseguono operazioni in conflitto.

Concetti Chiave

• Blocco: Un meccanismo che garantisce l'accesso esclusivo o condiviso a una risorsa.
• Risorsa: Qualsiasi dato o funzionalità condivisa che richieda la sincronizzazione. Gli esempi includono database IndexedDB, file memorizzati nel file system del browser o anche variabili specifiche in memoria.
• Ambito: Il contesto in cui viene mantenuto un blocco. I blocchi possono essere limitati a un'origine specifica, a una singola scheda o a un worker condiviso.
• Modalità: Il tipo di accesso richiesto per un blocco. I blocchi esclusivi impediscono a qualsiasi altro codice di accedere alla risorsa, mentre i blocchi condivisi consentono a più lettori ma escludono gli scrittori.
• Richiesta: L'atto di tentare di acquisire un blocco. Le richieste di blocco possono essere bloccanti (in attesa che il blocco sia disponibile) o non bloccanti (che falliscono immediatamente se il blocco non è disponibile).

Vantaggi dell'utilizzo dell'API Web Locks

L'API Web Locks offre numerosi vantaggi per la creazione di applicazioni web robuste e affidabili:

• Integrità dei Dati: Previene il danneggiamento dei dati garantendo che le operazioni concorrenti non interferiscano tra loro.
• Prevenzione delle Race Condition: Elimina le race condition serializzando l'accesso alle risorse condivise.
• Prestazioni Migliorate: Ottimizza le prestazioni riducendo la contesa e minimizzando la necessità di una logica di sincronizzazione complessa.
• Sviluppo Semplificato: Fornisce un'API pulita e semplice per la gestione dell'accesso alle risorse, riducendo la complessità della programmazione concorrente.
• Coordinamento Cross-Origin: Consente il coordinamento di risorse condivise tra origini diverse, consentendo applicazioni web più complesse e integrate.
• Affidabilità Migliorata: Aumenta l'affidabilità complessiva delle applicazioni web prevenendo comportamenti imprevisti a causa di problemi di accesso concorrente.

Casi d'Uso per l'API Web Locks

L'API Web Locks può essere applicata a una vasta gamma di scenari in cui l'accesso concorrente alle risorse condivise deve essere gestito con attenzione.

Sincronizzazione IndexedDB

IndexedDB è un potente database lato client che consente alle applicazioni web di archiviare grandi quantità di dati strutturati. Quando più schede o worker accedono allo stesso database IndexedDB, l'API Web Locks può essere utilizzata per prevenire il danneggiamento dei dati e garantire la coerenza dei dati. Ad esempio:

            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('Database updated successfully.');
 });
 console.log('Lock released.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

In questo esempio, il metodo navigator.locks.request acquisisce un blocco sul database IndexedDB identificato da dbName. La funzione di callback fornita viene eseguita solo dopo che il blocco è stato acquisito. All'interno della callback, il database viene aperto, viene creata una transazione e i dati vengono aggiornati. Una volta completata la transazione e chiuso il database, il blocco viene rilasciato automaticamente. Ciò garantisce che solo un'istanza della funzione updateDatabase possa modificare il database in un dato momento, prevenendo race condition e danneggiamento dei dati.

Esempio: Si consideri un'applicazione di editing collaborativo di documenti in cui più utenti possono modificare contemporaneamente lo stesso documento. L'API Web Locks può essere utilizzata per sincronizzare l'accesso ai dati del documento archiviati in IndexedDB, garantendo che le modifiche apportate da un utente si riflettano correttamente nelle visualizzazioni degli altri utenti senza conflitti.

Accesso al File System

L'API File System Access consente alle applicazioni web di accedere a file e directory sul file system locale dell'utente. Quando più parti dell'applicazione o più schede del browser interagiscono con lo stesso file, l'API Web Locks può essere utilizzata per coordinare l'accesso e prevenire conflitti. Ad esempio:

            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('File written successfully.');
 });
 console.log('Lock released.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

In questo esempio, il metodo navigator.locks.request acquisisce un blocco sul file identificato da fileHandle.name. La funzione di callback crea quindi uno stream scrivibile, scrive i dati nel file e chiude lo stream. Il blocco viene rilasciato automaticamente al termine della callback. Ciò garantisce che solo un'istanza della funzione writeFile possa modificare il file in un dato momento, prevenendo il danneggiamento dei dati e garantendo l'integrità dei dati.

Esempio: Immagina un editor di immagini basato sul web che consente agli utenti di salvare e caricare immagini dal proprio file system locale. L'API Web Locks può essere utilizzata per impedire a più istanze dell'editor di scrivere contemporaneamente sullo stesso file, il che potrebbe portare alla perdita o al danneggiamento dei dati.

Coordinamento Service Worker

I service worker sono script in background che possono intercettare le richieste di rete e fornire funzionalità offline. Quando più service worker sono in esecuzione in parallelo o quando il service worker interagisce con il thread principale, l'API Web Locks può essere utilizzata per coordinare l'accesso alle risorse condivise e prevenire conflitti. Ad esempio:

            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
              
            
          

In questo esempio, il metodo navigator.locks.request acquisisce un blocco sulla risorsa cache-update. La funzione di callback recupera la risorsa richiesta dalla rete, la aggiunge alla cache e restituisce la risposta. Ciò garantisce che solo un evento di recupero possa aggiornare la cache in un dato momento, prevenendo race condition e garantendo la coerenza della cache.

Esempio: Si consideri una progressive web app (PWA) che utilizza un service worker per memorizzare nella cache le risorse a cui si accede frequentemente. L'API Web Locks può essere utilizzata per impedire a più istanze di service worker di aggiornare contemporaneamente la cache, garantendo che la cache rimanga coerente e aggiornata.

Sincronizzazione Web Worker

I web worker consentono alle applicazioni web di eseguire attività a elevata intensità di calcolo in background senza bloccare il thread principale. Quando più web worker accedono a dati condivisi o eseguono operazioni in conflitto, l'API Web Locks può essere utilizzata per coordinare le loro attività e prevenire il danneggiamento dei dati. Ad esempio:

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

// In worker.js:
self.addEventListener('message', async (event) => {
 if (event.data.type === 'updateData') {
 const lock = await navigator.locks.request('data-update', async () => {
 // Simulate updating shared data
 console.log('Updating data in worker:', event.data.data);
 // Replace with actual data update logic
 self.postMessage({ type: 'dataUpdated', data: event.data.data });
 });
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

In questo esempio, il thread principale invia un messaggio al web worker per aggiornare alcuni dati condivisi. Il web worker acquisisce quindi un blocco sulla risorsa data-update prima di aggiornare i dati. Ciò garantisce che solo un web worker possa aggiornare i dati in un dato momento, prevenendo race condition e garantendo l'integrità dei dati.

Esempio: Immagina un'applicazione web che utilizza più web worker per eseguire attività di elaborazione delle immagini. L'API Web Locks può essere utilizzata per sincronizzare l'accesso ai dati immagine condivisi, garantendo che i worker non interferiscano tra loro e che l'immagine finale sia coerente.

Implementazione dell'API Web Locks

L'API Web Locks è relativamente semplice da usare. Il metodo principale è navigator.locks.request, che accetta due parametri obbligatori:

• name: Una stringa che identifica la risorsa da bloccare. Può essere qualsiasi stringa arbitraria significativa per la tua applicazione.
• callback: Una funzione che viene eseguita dopo che il blocco è stato acquisito. Questa funzione dovrebbe contenere il codice che deve accedere alla risorsa condivisa.

Il metodo request restituisce una Promise che si risolve quando il blocco è stato acquisito e la funzione di callback è stata completata. Il blocco viene rilasciato automaticamente quando la funzione di callback restituisce o genera un errore.

Utilizzo di Base

            async function accessSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, async () => {
 console.log('Accessing shared resource:', resourceName);
 // Perform operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulate work
 console.log('Finished accessing shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Lock released for:', resourceName);
}

            

              
                Copy
              
            
          

In questo esempio, la funzione accessSharedResource acquisisce un blocco sulla risorsa identificata da resourceName. La funzione di callback esegue quindi alcune operazioni sulla risorsa condivisa, simulando il lavoro con un ritardo di 2 secondi. Il blocco viene rilasciato automaticamente al termine della callback. I log della console mostreranno quando si accede alla risorsa e quando viene rilasciato il blocco.

Modalità di Blocco

Il metodo navigator.locks.request accetta anche un oggetto opzionale di opzioni che consente di specificare la modalità di blocco. Le modalità di blocco disponibili sono:

• 'exclusive': La modalità predefinita. Garantisce l'accesso esclusivo alla risorsa. Nessun altro codice può acquisire un blocco sulla risorsa fino a quando il blocco esclusivo non viene rilasciato.
• 'shared': Consente a più lettori di accedere contemporaneamente alla risorsa, ma esclude gli scrittori. Solo un blocco esclusivo può essere mantenuto alla volta.

            async function readSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { mode: 'shared' }, async () => {
 console.log('Reading shared resource:', resourceName);
 // Perform read operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000)); // Simulate reading
 console.log('Finished reading shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Shared lock released for:', resourceName);
}

async function writeSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { mode: 'exclusive' }, async () => {
 console.log('Writing to shared resource:', resourceName);
 // Perform write operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulate writing
 console.log('Finished writing to shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Exclusive lock released for:', resourceName);
}

            

              
                Copy
              
            
          

In questo esempio, la funzione readSharedResource acquisisce un blocco condiviso sulla risorsa, consentendo a più lettori di accedere contemporaneamente alla risorsa. La funzione writeSharedResource acquisisce un blocco esclusivo, impedendo a qualsiasi altro codice di accedere alla risorsa fino al completamento dell'operazione di scrittura.

Richieste Non Bloccanti

Per impostazione predefinita, il metodo navigator.locks.request è bloccante, il che significa che attenderà che il blocco sia disponibile prima di eseguire la funzione di callback. Tuttavia, è anche possibile effettuare richieste non bloccanti specificando l'opzione ifAvailable:

            async function tryAccessSharedResource(resourceName) {
 const lock = await navigator.locks.request(resourceName, { ifAvailable: true }, async () => {
 console.log('Successfully acquired lock and accessing shared resource:', resourceName);
 // Perform operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000)); // Simulate work
 console.log('Finished accessing shared resource:', resourceName);
});

 if (!lock) {
 console.log('Failed to acquire lock for:', resourceName);
 }
 console.log('Attempt to acquire lock completed.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

In questo esempio, la funzione tryAccessSharedResource tenta di acquisire un blocco sulla risorsa. Se il blocco è immediatamente disponibile, la funzione di callback viene eseguita e la Promise si risolve con un valore. Se il blocco non è disponibile, la Promise si risolve con undefined, indicando che il blocco non è stato possibile acquisire. Ciò consente di implementare una logica alternativa se la risorsa è attualmente bloccata.

Gestione degli Errori

È essenziale gestire i potenziali errori quando si utilizza l'API Web Locks. Il metodo navigator.locks.request può generare eccezioni se ci sono problemi nell'acquisizione del blocco. È possibile utilizzare un blocco try...catch per gestire questi errori:

            async function accessSharedResourceWithErrorHandler(resourceName) {
 try {
 await navigator.locks.request(resourceName, async () => {
 console.log('Accessing shared resource:', resourceName);
 // Perform operations on the shared resource
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulate work
 console.log('Finished accessing shared resource:', resourceName);
 });
 console.log('Lock released for:', resourceName);
 } catch (error) {
 console.error('Error accessing shared resource:', error);
 // Handle the error appropriately
 }
}

            

              
                Copy
              
            
          

In questo esempio, eventuali errori che si verificano durante l'acquisizione del blocco o all'interno della funzione di callback verranno intercettati dal blocco catch. È quindi possibile gestire l'errore in modo appropriato, ad esempio registrando il messaggio di errore o visualizzando un messaggio di errore all'utente.

Considerazioni e Best Practices

Quando si utilizza l'API Web Locks, è importante considerare le seguenti best practice:

• Mantenere i Blocchi di Breve Durata: Mantenere i blocchi per la durata più breve possibile per ridurre al minimo la contesa e massimizzare le prestazioni.
• Evitare i Deadlock: Prestare attenzione quando si acquisiscono più blocchi per evitare i deadlock. Assicurarsi che i blocchi vengano sempre acquisiti nello stesso ordine per prevenire dipendenze circolari.
• Scegliere Nomi di Risorse Descrittivi: Utilizzare nomi descrittivi e significativi per le risorse per rendere il codice più facile da capire e mantenere.
• Gestire gli Errori con Garbo: Implementare una corretta gestione degli errori per ripristinare con garbo i guasti di acquisizione dei blocchi e altri potenziali errori.
• Testare a Fondo: Testare il codice a fondo per garantire che si comporti correttamente in condizioni di accesso concorrente.
• Considerare le Alternative: Valutare se l'API Web Locks è il meccanismo di sincronizzazione più appropriato per il caso d'uso specifico. Altre opzioni, come le operazioni atomiche o il passaggio di messaggi, potrebbero essere più adatte in determinate situazioni.
• Monitorare le Prestazioni: Monitorare le prestazioni dell'applicazione per identificare potenziali colli di bottiglia relativi alla contesa dei blocchi. Utilizzare gli strumenti di sviluppo del browser per analizzare i tempi di acquisizione dei blocchi e identificare le aree da ottimizzare.

Supporto del Browser

L'API Web Locks ha un buon supporto del browser tra i principali browser, tra cui Chrome, Firefox, Safari e Edge. Tuttavia, è sempre una buona idea controllare le ultime informazioni sulla compatibilità del browser su risorse come Can I use prima di implementarlo nelle applicazioni di produzione. È anche possibile utilizzare il rilevamento delle funzionalità per verificare se l'API è supportata nel browser corrente:

            if ('locks' in navigator) {
 console.log('Web Locks API is supported.');
 // Use the Web Locks API
} else {
 console.log('Web Locks API is not supported.');
 // Implement an alternative synchronization mechanism
}

            

              
                Copy
              
            
          

Casi d'Uso Avanzati

Blocchi Distribuiti

Sebbene l'API Web Locks sia progettata principalmente per coordinare l'accesso alle risorse all'interno di un singolo contesto del browser, può anche essere utilizzata per implementare blocchi distribuiti su più istanze del browser o anche su dispositivi diversi. Ciò può essere ottenuto utilizzando un meccanismo di archiviazione condiviso, come un database lato server o un servizio di archiviazione basato su cloud, per tenere traccia dello stato dei blocchi.

Ad esempio, è possibile archiviare le informazioni di blocco in un database Redis e utilizzare l'API Web Locks in combinazione con un'API lato server per coordinare l'accesso alla risorsa condivisa. Quando un client richiede un blocco, l'API lato server verificherebbe se il blocco è disponibile in Redis. In tal caso, l'API acquisirebbe il blocco e restituirebbe una risposta di successo al client. Il client utilizzerebbe quindi l'API Web Locks per acquisire un blocco locale sulla risorsa. Quando il client rilascia il blocco, notificherebbe l'API lato server, che quindi rilascerebbe il blocco in Redis.

Blocco Basato sulla Priorità

In alcuni scenari, potrebbe essere necessario assegnare la priorità a determinate richieste di blocco rispetto ad altre. Ad esempio, si potrebbe voler dare priorità alle richieste di blocco da parte di utenti amministratori o alle richieste di blocco che sono fondamentali per la funzionalità dell'applicazione. L'API Web Locks non supporta direttamente il blocco basato sulla priorità, ma è possibile implementarlo da soli utilizzando una coda per gestire le richieste di blocco.

Quando viene ricevuta una richiesta di blocco, è possibile aggiungerla alla coda con un valore di priorità. Il gestore dei blocchi elaborerebbe quindi la coda in ordine di priorità, concedendo i blocchi alle richieste con la priorità più alta. Ciò può essere ottenuto utilizzando tecniche come una struttura dati a coda di priorità o algoritmi di ordinamento personalizzati.

Alternative all'API Web Locks

Sebbene l'API Web Locks fornisca un meccanismo potente per sincronizzare l'accesso alle risorse condivise, non è sempre la soluzione migliore per ogni problema. A seconda del caso d'uso specifico, altri meccanismi di sincronizzazione potrebbero essere più appropriati.

• Operazioni Atomiche: Le operazioni atomiche, come Atomics in JavaScript, forniscono un meccanismo di basso livello per eseguire operazioni atomiche di lettura-modifica-scrittura sulla memoria condivisa. È garantito che queste operazioni siano atomiche, il che significa che si completeranno sempre senza interruzioni. Le operazioni atomiche possono essere utili per sincronizzare l'accesso a strutture dati semplici, come contatori o flag.
• Passaggio di Messaggi: Il passaggio di messaggi implica l'invio di messaggi tra diverse parti dell'applicazione per coordinare le loro attività. Ciò può essere ottenuto utilizzando tecniche come postMessage o WebSockets. Il passaggio di messaggi può essere utile per sincronizzare l'accesso a strutture dati complesse o per coordinare le attività tra diversi contesti del browser.
• Mutex e Semaphoto: I mutex e i semaphoto sono primitive di sincronizzazione tradizionali che vengono comunemente utilizzate nei sistemi operativi e negli ambienti di programmazione multithread. Sebbene queste primitive non siano direttamente disponibili in JavaScript, è possibile implementarle da soli utilizzando tecniche come Promise e setTimeout.

Esempi del Mondo Reale e Case Study

Per illustrare l'applicazione pratica dell'API Web Locks, consideriamo alcuni esempi del mondo reale e case study:

• Applicazione di Lavagna Collaborativa: Un'applicazione di lavagna collaborativa consente a più utenti di disegnare e annotare contemporaneamente su un canvas condiviso. L'API Web Locks può essere utilizzata per sincronizzare l'accesso ai dati del canvas, garantendo che le modifiche apportate da un utente si riflettano correttamente nelle visualizzazioni degli altri utenti senza conflitti.
• Editor di Codice Online: Un editor di codice online consente a più utenti di modificare in modo collaborativo lo stesso file di codice. L'API Web Locks può essere utilizzata per sincronizzare l'accesso ai dati del file di codice, impedendo a più utenti di apportare contemporaneamente modifiche in conflitto.
• Piattaforma di E-commerce: Una piattaforma di e-commerce consente a più utenti di sfogliare e acquistare prodotti contemporaneamente. L'API Web Locks può essere utilizzata per sincronizzare l'accesso ai dati di inventario, garantendo che i prodotti non vengano venduti in eccesso e che il conteggio dell'inventario rimanga accurato.
• Sistema di Gestione dei Contenuti (CMS): Un CMS consente a più autori di creare e modificare contenuti contemporaneamente. L'API Web Locks può essere utilizzata per sincronizzare l'accesso ai dati dei contenuti, impedendo a più autori di apportare contemporaneamente modifiche in conflitto allo stesso articolo o pagina.

Conclusione

L'API Frontend Web Locks fornisce uno strumento prezioso per la creazione di applicazioni web robuste e affidabili che gestiscono efficacemente le operazioni concorrenti. Offrendo primitive di sincronizzazione delle risorse direttamente all'interno dell'ambiente del browser, semplifica il processo di sviluppo e riduce il rischio di danneggiamento dei dati, race condition e comportamenti imprevisti. Che tu stia creando un'applicazione collaborativa, uno strumento basato sul file system o una PWA complessa, l'API Web Locks può aiutarti a garantire l'integrità dei dati e a migliorare l'esperienza utente complessiva. Comprendere le sue capacità e le best practice è fondamentale per gli sviluppatori web moderni che cercano di creare applicazioni resilienti e di alta qualità.