Web Locks API: 리소스 동기화와 동시 접근 제어

현대 웹 개발 환경에서 강력하고 반응성이 뛰어난 애플리케이션을 구축하는 것은 종종 공유 리소스를 관리하고 동시 접근을 처리하는 작업을 포함합니다. 애플리케이션의 여러 부분이나 여러 브라우저 탭 또는 창이 동시에 동일한 데이터에 접근하고 수정하려고 할 때, 경쟁 상태(race conditions)와 데이터 손상이 발생할 수 있습니다. Web Locks API는 이러한 리소스에 대한 접근을 동기화하는 메커니즘을 제공하여 데이터 무결성을 보장하고 예기치 않은 동작을 방지합니다.

리소스 동기화의 필요성 이해하기

사용자가 웹 애플리케이션에서 문서를 편집하는 시나리오를 생각해 보십시오. 동일한 문서가 여러 브라우저 탭에 열려 있거나, 애플리케이션이 주기적으로 문서를 저장하는 백그라운드 프로세스를 가질 수 있습니다. 적절한 동기화 없이는 한 탭에서 변경한 내용이 다른 탭에서 변경한 내용으로 덮어씌워져 데이터 손실과 실망스러운 사용자 경험을 초래할 수 있습니다. 마찬가지로, 전자상거래 애플리케이션에서는 여러 사용자가 동시에 재고의 마지막 품목을 구매하려고 시도할 수 있습니다. 초과 판매를 방지하는 메커니즘이 없다면, 이행할 수 없는 주문이 발생하여 고객 불만으로 이어질 수 있습니다.

서버 측 락(locking) 메커니즘에만 의존하는 것과 같은 전통적인 동시성 관리 접근 방식은 상당한 지연 시간과 복잡성을 초래할 수 있습니다. Web Locks API는 개발자가 브라우저 내에서 직접 리소스에 대한 접근을 조정할 수 있도록 하는 클라이언트 측 솔루션을 제공하여 성능을 개선하고 서버의 부하를 줄입니다.

Web Locks API 소개

Web Locks API는 웹 애플리케이션 내에서 이름이 지정된 리소스에 대한 락(lock)을 획득하고 해제할 수 있게 해주는 JavaScript API입니다. 이 락은 배타적이므로(exclusive), 특정 리소스에 대한 락은 한 번에 하나의 코드 조각만 보유할 수 있습니다. 이러한 배타성은 공유 데이터를 접근하고 수정하는 코드의 중요 섹션(critical section)이 통제되고 예측 가능한 방식으로 실행되도록 보장합니다.

이 API는 락이 획득되거나 해제될 때를 알리기 위해 Promise를 사용하여 비동기적으로 설계되었습니다. 이러한 비차단(non-blocking) 특성은 락을 기다리는 동안 UI가 멈추는 것을 방지하여 반응성 있는 사용자 경험을 보장합니다.

주요 개념 및 용어

• 락 이름(Lock Name): 락으로 보호되는 리소스를 식별하는 문자열입니다. 이 이름은 동일한 리소스에 대한 락을 획득하고 해제하는 데 사용됩니다. 락 이름은 대소문자를 구분합니다.
• 락 모드(Lock Mode): 요청되는 락의 유형을 지정합니다. API는 두 가지 모드를 지원합니다:
• `exclusive` (기본값): 한 번에 하나의 락 보유자만 허용됩니다.
• `shared`: 다른 보유자가 동일한 리소스에 대한 배타적 락을 가지고 있지 않은 경우, 동시에 여러 락 보유자를 허용합니다.
• 락 요청(Lock Request): 락을 획득하려는 비동기 작업입니다. 요청은 락이 성공적으로 획득되면 이행(resolve)되고, 락을 획득할 수 없는 경우(예: 다른 코드 조각이 이미 배타적 락을 보유하고 있는 경우) 거부(reject)됩니다.
• 락 해제(Lock Release): 락을 해제하여 다른 코드가 획득할 수 있도록 만드는 작업입니다.

Web Locks API 사용하기: 실제 예제

웹 애플리케이션에서 리소스 접근을 동기화하기 위해 Web Locks API를 어떻게 사용할 수 있는지 몇 가지 실제 예제를 살펴보겠습니다.

예제 1: 동시 문서 편집 방지

여러 사용자가 동시에 같은 문서를 편집할 수 있는 협업 문서 편집 애플리케이션을 상상해 보세요. 충돌을 방지하기 위해 Web Locks API를 사용하여 한 번에 한 명의 사용자만 문서를 수정할 수 있도록 할 수 있습니다.

async function saveDocument(documentId, content) {
  try {
    await navigator.locks.request(documentId, async () => {
      // 중요 섹션: 문서 내용을 서버에 저장
      console.log(`문서 ${documentId}에 대한 락 획득. 저장 중...`);
      await saveToServer(documentId, content);
      console.log(`문서 ${documentId} 저장 완료.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`문서 ${documentId} 저장 실패:`, error);
  }
}

async function saveToServer(documentId, content) {
  // 서버에 저장하는 것을 시뮬레이션 (실제 API 호출로 대체)
  return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
}

이 예제에서 `saveDocument` 함수는 문서의 ID를 락 이름으로 사용하여 문서에 대한 락을 획득하려고 시도합니다. `navigator.locks.request` 메서드는 락 이름과 콜백 함수의 두 가지 인수를 받습니다. 콜백 함수는 락이 성공적으로 획득된 후에만 실행됩니다. 콜백 내부에서 문서 내용이 서버에 저장됩니다. 콜백 함수가 완료되면 락은 자동으로 해제됩니다. 만약 동일한 `documentId`로 이 함수의 다른 인스턴스가 실행을 시도하면, 락이 해제될 때까지 기다립니다. 오류가 발생하면 포착되어 기록됩니다.

예제 2: 로컬 스토리지 접근 제어

로컬 스토리지는 브라우저에 데이터를 저장하는 일반적인 메커니즘입니다. 그러나 애플리케이션의 여러 부분이 동시에 로컬 스토리지에 접근하고 수정하려고 하면 데이터 손상이 발생할 수 있습니다. Web Locks API를 사용하여 로컬 스토리지에 대한 접근을 동기화하여 데이터 무결성을 보장할 수 있습니다.

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('localStorage', async () => {
      // 중요 섹션: 로컬 스토리지 업데이트
      console.log(`localStorage에 대한 락 획득. 키 ${key} 업데이트 중...`);
      localStorage.setItem(key, value);
      console.log(`localStorage에서 키 ${key} 업데이트 완료.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`localStorage 업데이트 실패:`, error);
  }
}

이 예제에서 `updateLocalStorage` 함수는 'localStorage' 리소스에 대한 락을 획득하려고 시도합니다. 그런 다음 콜백 함수는 로컬 스토리지에서 지정된 키를 업데이트합니다. 이 락은 한 번에 하나의 코드 조각만 로컬 스토리지에 접근할 수 있도록 보장하여 경쟁 상태를 방지합니다.

예제 3: 웹 워커에서 공유 리소스 관리

웹 워커를 사용하면 메인 스레드를 차단하지 않고 백그라운드에서 JavaScript 코드를 실행할 수 있습니다. 그러나 웹 워커가 메인 스레드나 다른 웹 워커와 공유 리소스에 접근해야 하는 경우 동기화는 필수적입니다. Web Locks API는 이러한 리소스에 대한 접근을 조정하는 데 사용될 수 있습니다.

먼저, 메인 스레드에서:

async function mainThreadFunction() {
    try {
        await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
            console.log('메인 스레드가 sharedResource에 대한 락을 획득했습니다');
            // 공유 리소스 접근 및 수정
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // 작업 시뮬레이션
            console.log('메인 스레드가 sharedResource에 대한 락을 해제합니다');
        });
    } catch (error) {
        console.error('메인 스레드가 락을 획득하는 데 실패했습니다:', error);
    }
}

mainThreadFunction();

다음으로, 웹 워커에서:

self.addEventListener('message', async (event) => {
    if (event.data.type === 'accessSharedResource') {
        try {
            await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
                console.log('웹 워커가 sharedResource에 대한 락을 획득했습니다');
                // 공유 리소스 접근 및 수정
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000)); // 작업 시뮬레이션
                console.log('웹 워커가 sharedResource에 대한 락을 해제합니다');
                self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: true });
            });
        } catch (error) {
            console.error('웹 워커가 락을 획득하는 데 실패했습니다:', error);
            self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: false, error: error.message });
        }
    }
});

이 예제에서 메인 스레드와 웹 워커는 모두 `sharedResource`에 대한 락을 획득하려고 시도합니다. `navigator.locks` 객체는 웹 워커에서도 사용할 수 있으므로 메인 스레드와 동일한 락 메커니즘에 참여할 수 있습니다. 메인 스레드와 워커 간의 통신에는 메시지가 사용되어 락 획득 시도를 트리거합니다.

락 모드: 배타적(Exclusive) vs. 공유(Shared)

Web Locks API는 `exclusive`와 `shared` 두 가지 락 모드를 지원합니다. 락 모드의 선택은 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다.

배타적 락 (Exclusive Locks)

배타적 락은 리소스에 대한 독점적인 접근 권한을 부여합니다. 특정 리소스에 대한 배타적 락은 한 번에 하나의 코드 조각만 보유할 수 있습니다. 이 모드는 한 번에 하나의 프로세스만 리소스를 수정할 수 있어야 하는 시나리오에 적합합니다. 예를 들어, 파일에 데이터를 쓰거나, 데이터베이스 레코드를 업데이트하거나, UI 컴포넌트의 상태를 수정하는 경우입니다.

위의 모든 예제는 기본적으로 배타적 락을 사용했습니다. `exclusive`가 기본값이므로 모드를 지정할 필요가 없습니다.

공유 락 (Shared Locks)

공유 락은 다른 코드가 동일한 리소스에 대한 배타적 락을 보유하고 있지 않은 한, 여러 코드 조각이 동시에 리소스에 대한 락을 보유할 수 있도록 허용합니다. 이 모드는 여러 프로세스가 동시에 리소스를 읽어야 하지만 수정할 필요는 없는 시나리오에 적합합니다. 예를 들어, 파일에서 데이터를 읽거나, 데이터베이스를 쿼리하거나, UI 컴포넌트를 렌더링하는 경우입니다.

공유 락을 요청하려면 `navigator.locks.request` 메서드에서 `mode` 옵션을 지정해야 합니다.

async function readData(resourceId) {
  try {
    await navigator.locks.request(resourceId, { mode: 'shared' }, async () => {
      // 중요 섹션: 리소스에서 데이터 읽기
      console.log(`리소스 ${resourceId}에 대한 공유 락 획득. 읽는 중...`);
      const data = await readFromResource(resourceId);
      console.log(`리소스 ${resourceId}에서 읽은 데이터:`, data);
      return data;
    });
  } catch (error) {
    console.error(`리소스 ${resourceId}에서 데이터를 읽는 데 실패했습니다:`, error);
  }
}

async function readFromResource(resourceId) {
  // 리소스에서 읽는 것을 시뮬레이션 (실제 API 호출로 대체)
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve({ value: 'Some data' }), 500));
}

이 예제에서 `readData` 함수는 지정된 리소스에 대한 공유 락을 요청합니다. 이 함수의 여러 인스턴스는 다른 코드가 동일한 리소스에 대한 배타적 락을 보유하지 않는 한 동시에 실행될 수 있습니다.

글로벌 애플리케이션을 위한 고려사항

글로벌 사용자를 대상으로 웹 애플리케이션을 개발할 때는 다양한 환경에서 리소스 동기화 및 동시 접근 제어의 영향을 고려하는 것이 중요합니다.

• 네트워크 지연 시간: 높은 네트워크 지연 시간은 동시성 문제의 영향을 악화시킬 수 있습니다. 서버 측 락 메커니즘은 상당한 지연을 유발하여 좋지 않은 사용자 경험으로 이어질 수 있습니다. Web Locks API는 리소스 접근을 동기화하기 위한 클라이언트 측 솔루션을 제공하여 이를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 시간대: 이벤트 예약이나 트랜잭션 처리와 같이 시간에 민감한 데이터를 다룰 때는 다른 시간대를 고려하는 것이 필수적입니다. 적절한 동기화 메커니즘은 충돌을 방지하고 지리적으로 분산된 시스템 전반에 걸쳐 데이터 일관성을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 문화적 차이: 문화마다 데이터 접근 및 수정에 대한 기대치가 다를 수 있습니다. 예를 들어, 일부 문화는 실시간 협업을 우선시하는 반면, 다른 문화는 더 비동기적인 접근 방식을 선호할 수 있습니다. 이러한 다양한 요구를 수용할 수 있도록 애플리케이션을 설계하는 것이 중요합니다.
• 언어 및 현지화: Web Locks API 자체는 언어 또는 현지화와 직접 관련이 없습니다. 그러나 동기화되는 리소스에는 현지화된 콘텐츠가 포함될 수 있습니다. 동기화 메커니즘이 현지화 전략과 호환되는지 확인하십시오.

Web Locks API 사용을 위한 모범 사례

• 중요 섹션을 짧게 유지하기: 락을 오래 보유할수록 경합과 지연 가능성이 커집니다. 공유 데이터를 접근하고 수정하는 코드의 중요 섹션을 가능한 한 짧게 유지하십시오.
• 교착 상태(Deadlocks) 피하기: 교착 상태는 둘 이상의 코드 조각이 서로가 락을 해제하기를 기다리며 무기한 차단될 때 발생합니다. 교착 상태를 피하려면 항상 일관된 순서로 락을 획득하고 해제해야 합니다.
• 오류를 정상적으로 처리하기: 락을 획득할 수 없는 경우 `navigator.locks.request` 메서드가 거부될 수 있습니다. 이러한 오류를 정상적으로 처리하여 사용자에게 유용한 피드백을 제공하십시오.
• 의미 있는 락 이름 사용하기: 보호되는 리소스를 명확하게 식별하는 락 이름을 선택하십시오. 이렇게 하면 코드를 더 쉽게 이해하고 유지 관리할 수 있습니다.
• 락 범위 고려하기: 락에 대한 적절한 범위를 결정하십시오. 락이 전역적(모든 브라우저 탭 및 창에 걸쳐)이어야 합니까, 아니면 특정 탭이나 창으로 제한되어야 합니까? Web Locks API를 사용하면 락의 범위를 제어할 수 있습니다.
• 철저하게 테스트하기: 코드가 동시성을 올바르게 처리하고 경쟁 상태를 방지하는지 확인하기 위해 철저하게 테스트하십시오. 동시성 테스트 도구를 사용하여 여러 사용자가 동시에 공유 리소스를 접근하고 수정하는 상황을 시뮬레이션하십시오.

Web Locks API의 한계

Web Locks API는 웹 애플리케이션에서 리소스 접근을 동기화하는 강력한 메커니즘을 제공하지만, 그 한계를 인지하는 것이 중요합니다.

• 브라우저 지원: Web Locks API는 모든 브라우저에서 지원되지는 않습니다. 프로덕션 코드에서 API를 사용하기 전에 브라우저 호환성을 확인하십시오. 오래된 브라우저를 지원하기 위해 폴리필(polyfill)을 사용할 수 있습니다.
• 지속성: 락은 브라우저 세션 간에 지속되지 않습니다. 브라우저가 닫히거나 새로고침되면 모든 락이 해제됩니다.
• 분산 락 미지원: Web Locks API는 단일 브라우저 인스턴스 내에서의 동기화만 제공합니다. 여러 컴퓨터나 서버에 걸쳐 리소스 접근을 동기화하는 메커니즘은 제공하지 않습니다. 분산 락의 경우 서버 측 락 메커니즘에 의존해야 합니다.
• 협력적 락: Web Locks API는 협력적 락에 의존합니다. 공유 리소스에 접근하는 코드가 락 프로토콜을 준수하도록 하는 것은 개발자의 책임입니다. 이 API는 코드가 먼저 락을 획득하지 않고 리소스에 접근하는 것을 막을 수 없습니다.

Web Locks API의 대안

Web Locks API는 리소스 동기화를 위한 유용한 도구를 제공하지만, 각각의 장단점을 가진 몇 가지 대안적인 접근 방식이 존재합니다.

• 서버 측 락: 서버에 락 메커니즘을 구현하는 것은 동시성을 관리하는 전통적인 접근 방식입니다. 여기에는 데이터베이스 트랜잭션, 낙관적 락 또는 비관적 락을 사용하여 공유 리소스를 보호하는 것이 포함됩니다. 서버 측 락은 분산 동시성에 대해 더 강력하고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공하지만, 지연 시간을 유발하고 서버의 부하를 증가시킬 수 있습니다.
• 원자적 연산(Atomic Operations): 일부 데이터 구조 및 API는 일련의 작업이 단일하고 분할할 수 없는 단위로 실행됨을 보장하는 원자적 연산을 제공합니다. 이는 명시적인 락 없이 간단한 데이터 구조에 대한 접근을 동기화하는 데 유용할 수 있습니다.
• 메시지 전달(Message Passing): 변경 가능한 상태를 공유하는 대신, 애플리케이션의 다른 부분 간에 통신하기 위해 메시지 전달을 사용하는 것을 고려하십시오. 이 접근 방식은 공유 락의 필요성을 제거하여 동시성 관리를 단순화할 수 있습니다.
• 불변성(Immutability): 불변 데이터 구조를 사용하는 것도 동시성 관리를 단순화할 수 있습니다. 불변 데이터는 생성된 후에 수정할 수 없으므로 경쟁 상태의 가능성을 제거합니다.

결론

Web Locks API는 웹 애플리케이션에서 리소스에 대한 접근을 동기화하고 동시 접근을 관리하는 데 유용한 도구입니다. 클라이언트 측 락 메커니즘을 제공함으로써 이 API는 성능을 향상시키고, 데이터 손상을 방지하며, 사용자 경험을 개선할 수 있습니다. 그러나 API의 한계를 이해하고 적절하게 사용하는 것이 중요합니다. Web Locks API를 구현하기 전에 애플리케이션의 특정 요구 사항, 브라우저 호환성 및 교착 상태 가능성을 고려하십시오.

이 가이드에 설명된 모범 사례를 따르면 Web Locks API를 활용하여 동시성을 정상적으로 처리하고 다양한 글로벌 환경에서 데이터 무결성을 보장하는 강력하고 반응성이 뛰어난 웹 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.