Web Locks API: Išteklių sinchronizavimas ir lygiagrečios prieigos valdymas

Šiuolaikiniame žiniatinklio kūrimo pasaulyje, kuriant tvirtas ir jautrias programas, dažnai tenka valdyti bendrinamus išteklius ir tvarkyti lygiagrečią prieigą. Kai kelios jūsų programos dalys ar net kelios naršyklės kortelės ar langai bando vienu metu pasiekti ir modifikuoti tuos pačius duomenis, gali kilti lenktynių sąlygos (angl. race conditions) ir duomenų sugadinimas. Web Locks API suteikia mechanizmą, leidžiantį sinchronizuoti prieigą prie šių išteklių, užtikrinant duomenų vientisumą ir išvengiant netikėto elgesio.

Išteklių sinchronizavimo poreikio supratimas

Apsvarstykite scenarijų, kai vartotojas redaguoja dokumentą žiniatinklio programoje. Gali būti atidarytos kelios naršyklės kortelės su tuo pačiu dokumentu arba programa gali turėti fono procesų, kurie periodiškai išsaugo dokumentą. Be tinkamo sinchronizavimo vienoje kortelėje atlikti pakeitimai gali būti perrašyti kitos kortelės pakeitimais, dėl ko prarandami duomenys ir vartotojas patiria nusivylimą. Panašiai, e. komercijos programose keli vartotojai gali bandyti vienu metu įsigyti paskutinę sandėlyje esančią prekę. Be mechanizmo, kuris užkirstų kelią perpardavimui, galėtų būti pateikti užsakymai, kurių neįmanoma įvykdyti, o tai sukeltų klientų nepasitenkinimą.

Tradiciniai lygiagretumo valdymo metodai, tokie kaip pasikliovimas vien serverio pusės užrakinimo mechanizmais, gali sukelti didelį delsą ir sudėtingumą. Web Locks API suteikia kliento pusės sprendimą, kuris leidžia kūrėjams koordinuoti prieigą prie išteklių tiesiogiai naršyklėje, pagerinant našumą ir sumažinant serverio apkrovą.

Pristatome Web Locks API

Web Locks API yra JavaScript API, leidžiantis įgyti ir atleisti užraktus pavadintiems ištekliams žiniatinklio programoje. Šie užraktai yra išskirtiniai, o tai reiškia, kad vienu metu tik viena kodo dalis gali turėti tam tikro ištekliaus užraktą. Šis išskirtinumas užtikrina, kad kritinės kodo dalys, kurios pasiekia ir modifikuoja bendrinamus duomenis, būtų vykdomos kontroliuojamu ir nuspėjamu būdu.

API yra sukurtas kaip asinchroninis, naudojant „Promises“ (pažadus), kad praneštų, kada užraktas buvo įgytas ar atleistas. Ši neblokuojanti prigimtis neleidžia vartotojo sąsajai užšalti laukiant užrakto, užtikrinant jautrią vartotojo patirtį.

Pagrindinės sąvokos ir terminologija

• Užrakto pavadinimas: Eilutė, identifikuojanti išteklių, kurį saugo užraktas. Šis pavadinimas naudojamas tam pačiam ištekliui užrakinti ir atrakinti. Užrakto pavadinimas yra jautrus didžiosioms ir mažosioms raidėms.
• Užrakto režimas: Nurodo prašomo užrakto tipą. API palaiko du režimus:
• `exclusive` (numatytasis): Leidžiamas tik vienas užrakto turėtojas vienu metu.
• `shared`: Leidžia keliems turėtojams vienu metu turėti užraktą, su sąlyga, kad joks kitas turėtojas neturi išskirtinio to paties ištekliaus užrakto.
• Užrakto užklausa: Asinchroninė operacija, kuri bando įgyti užraktą. Užklausa įvykdoma, kai užraktas sėkmingai įgyjamas, arba atmetama, jei užrakto negalima įgyti (pvz., nes kita kodo dalis jau turi išskirtinį užraktą).
• Užrakto atleidimas: Operacija, kuri atleidžia užraktą, padarydama jį prieinamą kitam kodui.

Web Locks API naudojimas: Praktiniai pavyzdžiai

Panagrinėkime keletą praktinių pavyzdžių, kaip Web Locks API gali būti naudojamas sinchronizuoti prieigą prie išteklių žiniatinklio programose.

1 pavyzdys: Lygiagrečių dokumentų redagavimo prevencija

Įsivaizduokite bendradarbiavimo dokumentų redagavimo programą, kurioje keli vartotojai gali vienu metu redaguoti tą patį dokumentą. Norėdami išvengti konfliktų, galime naudoti Web Locks API, kad užtikrintume, jog tik vienas vartotojas vienu metu galėtų modifikuoti dokumentą.

async function saveDocument(documentId, content) {
  try {
    await navigator.locks.request(documentId, async () => {
      // Kritinė dalis: Išsaugokite dokumento turinį serveryje
      console.log(`Užraktas dokumentui ${documentId} įgytas. Saugoma...`);
      await saveToServer(documentId, content);
      console.log(`Dokumentas ${documentId} sėkmingai išsaugotas.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Nepavyko išsaugoti dokumento ${documentId}:`, error);
  }
}

async function saveToServer(documentId, content) {
  // Imituokite išsaugojimą serveryje (pakeiskite tikru API iškvietimu)
  return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
}

Šiame pavyzdyje funkcija `saveDocument` bando įgyti dokumento užraktą, naudodama dokumento ID kaip užrakto pavadinimą. Metodas `navigator.locks.request` priima du argumentus: užrakto pavadinimą ir atgalinio ryšio funkciją (angl. callback). Atgalinio ryšio funkcija vykdoma tik sėkmingai įgijus užraktą. Šios funkcijos viduje dokumento turinys išsaugomas serveryje. Kai atgalinio ryšio funkcija baigia darbą, užraktas automatiškai atleidžiamas. Jei kita funkcijos instancija bandys vykdyti su tuo pačiu `documentId`, ji lauks, kol užraktas bus atleistas. Jei įvyksta klaida, ji pagaunama ir užregistruojama.

2 pavyzdys: Prieigos prie „Local Storage“ valdymas

„Local Storage“ yra įprastas mechanizmas duomenims saugoti naršyklėje. Tačiau, jei kelios jūsų programos dalys bando vienu metu pasiekti ir modifikuoti „Local Storage“, gali įvykti duomenų sugadinimas. Web Locks API gali būti naudojamas sinchronizuoti prieigą prie „Local Storage“, užtikrinant duomenų vientisumą.

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('localStorage', async () => {
      // Kritinė dalis: Atnaujinkite „Local Storage“
      console.log(`Užraktas „localStorage“ įgytas. Atnaujinamas raktas ${key}...`);
      localStorage.setItem(key, value);
      console.log(`Raktas ${key} atnaujintas „localStorage“.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Nepavyko atnaujinti „localStorage“:`, error);
  }
}

Šiame pavyzdyje funkcija `updateLocalStorage` bando įgyti užraktą ištekliui 'localStorage'. Tada atgalinio ryšio funkcija atnaujina nurodytą raktą „Local Storage“. Užraktas užtikrina, kad vienu metu tik viena kodo dalis gali pasiekti „Local Storage“, taip išvengiant lenktynių sąlygų.

3 pavyzdys: Bendrinamų išteklių valdymas „Web Workers“

„Web Workers“ leidžia vykdyti JavaScript kodą fone, neblokuojant pagrindinės gijos. Tačiau, jei „Web Worker“ reikia pasiekti bendrinamus išteklius su pagrindine gija ar kitais „Web Workers“, sinchronizavimas yra būtinas. Web Locks API gali būti naudojamas koordinuoti prieigą prie šių išteklių.

Pirma, jūsų pagrindinėje gijoje:

async function mainThreadFunction() {
    try {
        await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
            console.log('Pagrindinė gija įgijo užraktą „sharedResource“');
            // Pasiekite ir modifikuokite bendrinamą išteklių
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Imituoti darbą
            console.log('Pagrindinė gija atleidžia užraktą „sharedResource“');
        });
    } catch (error) {
        console.error('Pagrindinei gijai nepavyko įgyti užrakto:', error);
    }
}

mainThreadFunction();

Tada jūsų „Web Worker“:

self.addEventListener('message', async (event) => {
    if (event.data.type === 'accessSharedResource') {
        try {
            await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
                console.log('Web Worker įgijo užraktą „sharedResource“');
                // Pasiekite ir modifikuokite bendrinamą išteklių
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000)); // Imituoti darbą
                console.log('Web Worker atleidžia užraktą „sharedResource“');
                self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: true });
            });
        } catch (error) {
            console.error('Web Worker nepavyko įgyti užrakto:', error);
            self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: false, error: error.message });
        }
    }
});

Šiame pavyzdyje tiek pagrindinė gija, tiek „Web Worker“ bando įgyti užraktą „sharedResource“. `navigator.locks` objektas yra prieinamas ir „Web Workers“, leidžiant jiems dalyvauti tame pačiame užrakinimo mechanizme kaip ir pagrindinė gija. Pranešimai naudojami bendravimui tarp pagrindinės gijos ir „worker“, inicijuojant užrakto įgijimo bandymą.

Užrakto režimai: išskirtinis ir bendrinamas

Web Locks API palaiko du užrakto režimus: `exclusive` (išskirtinis) ir `shared` (bendrinamas). Užrakto režimo pasirinkimas priklauso nuo konkrečių jūsų programos reikalavimų.

Išskirtiniai užraktai

Išskirtinis užraktas suteikia išskirtinę prieigą prie ištekliaus. Vienu metu tik viena kodo dalis gali turėti išskirtinį užraktą konkrečiam ištekliui. Šis režimas tinka scenarijams, kai tik vienas procesas turėtų galėti modifikuoti išteklių vienu metu. Pavyzdžiui, rašant duomenis į failą, atnaujinant duomenų bazės įrašą ar modifikuojant vartotojo sąsajos komponento būseną.

Visi aukščiau pateikti pavyzdžiai pagal numatytuosius nustatymus naudojo išskirtinius užraktus. Jums nereikia nurodyti režimo, nes `exclusive` yra numatytasis.

Bendrinami užraktai

Bendrinamas užraktas leidžia kelioms kodo dalims vienu metu turėti užraktą ištekliui, su sąlyga, kad joks kitas kodas neturi išskirtinio užrakto tam pačiam ištekliui. Šis režimas tinka scenarijams, kai keliems procesams reikia vienu metu skaityti išteklių, bet nė vienam procesui nereikia jo modifikuoti. Pavyzdžiui, skaitant duomenis iš failo, vykdant užklausą duomenų bazėje ar atvaizduojant vartotojo sąsajos komponentą.

Norėdami paprašyti bendrinamo užrakto, turite nurodyti `mode` parinktį `navigator.locks.request` metode.

async function readData(resourceId) {
  try {
    await navigator.locks.request(resourceId, { mode: 'shared' }, async () => {
      // Kritinė dalis: Skaitykite duomenis iš ištekliaus
      console.log(`Bendrinamas užraktas ištekliui ${resourceId} įgytas. Skaitoma...`);
      const data = await readFromResource(resourceId);
      console.log(`Duomenys nuskaityti iš ištekliaus ${resourceId}:`, data);
      return data;
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Nepavyko nuskaityti duomenų iš ištekliaus ${resourceId}:`, error);
  }
}

async function readFromResource(resourceId) {
  // Imituokite skaitymą iš ištekliaus (pakeiskite tikru API iškvietimu)
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve({ value: 'Some data' }), 500));
}

Šiame pavyzdyje funkcija `readData` prašo bendrinamo užrakto nurodytam ištekliui. Kelios šios funkcijos instancijos gali būti vykdomos vienu metu, tol, kol joks kitas kodas neturi išskirtinio užrakto tam pačiam ištekliui.

Svarstymai globalioms programoms

Kuriant žiniatinklio programas globaliai auditorijai, labai svarbu atsižvelgti į išteklių sinchronizavimo ir lygiagrečios prieigos valdymo pasekmes įvairiose aplinkose.

• Tinklo delsa: Didelė tinklo delsa gali sustiprinti lygiagretumo problemų poveikį. Serverio pusės užrakinimo mechanizmai gali sukelti didelius vėlavimus, dėl kurių vartotojo patirtis pablogėja. Web Locks API gali padėti tai sušvelninti, suteikdama kliento pusės sprendimą išteklių prieigai sinchronizuoti.
• Laiko juostos: Dirbant su laiko atžvilgiu jautriais duomenimis, tokiais kaip renginių planavimas ar operacijų apdorojimas, būtina atsižvelgti į skirtingas laiko juostas. Tinkami sinchronizavimo mechanizmai gali padėti išvengti konfliktų ir užtikrinti duomenų nuoseklumą geografiškai paskirstytose sistemose.
• Kultūriniai skirtumai: Skirtingos kultūros gali turėti skirtingus lūkesčius dėl duomenų prieigos ir modifikavimo. Pavyzdžiui, kai kurios kultūros gali teikti pirmenybę realaus laiko bendradarbiavimui, o kitos gali labiau mėgti asinchroninį požiūrį. Svarbu sukurti savo programą taip, kad ji atitiktų šiuos įvairius poreikius.
• Kalba ir lokalizacija: Pats Web Locks API tiesiogiai nesusijęs su kalba ar lokalizacija. Tačiau sinchronizuojami ištekliai gali turėti lokalizuotą turinį. Įsitikinkite, kad jūsų sinchronizavimo mechanizmai yra suderinami su jūsų lokalizacijos strategija.

Geroji praktika naudojant Web Locks API

• Kritinės dalys turi būti trumpos: Kuo ilgiau laikomas užraktas, tuo didesnė tikimybė, kad atsiras ginčų ir vėlavimų. Kodo kritines dalis, kurios pasiekia ir modifikuoja bendrinamus duomenis, stenkitės išlaikyti kuo trumpesnes.
• Venkite aklaviečių (angl. deadlocks): Aklavietės atsiranda, kai dvi ar daugiau kodo dalių yra blokuojamos neribotą laiką, laukdamos, kol viena kita atleis užraktus. Norėdami išvengti aklaviečių, užtikrinkite, kad užraktai visada būtų įgyjami ir atleidžiami nuoseklia tvarka.
• Tinkamai apdorokite klaidas: Metodas `navigator.locks.request` gali būti atmestas, jei užrakto negalima įgyti. Tinkamai apdorokite šias klaidas, pateikdami informatyvų atsiliepimą vartotojui.
• Naudokite prasmingus užraktų pavadinimus: Pasirinkite užraktų pavadinimus, kurie aiškiai identifikuoja saugomus išteklius. Tai padės jūsų kodą lengviau suprasti ir prižiūrėti.
• Apsvarstykite užrakto aprėptį: Nustatykite tinkamą savo užraktų aprėptį. Ar užraktas turėtų būti globalus (visose naršyklės kortelėse ir languose), ar jis turėtų būti apribotas konkrečia kortele ar langu? Web Locks API leidžia valdyti jūsų užraktų aprėptį.
• Testuokite kruopščiai: Kruopščiai testuokite savo kodą, kad įsitikintumėte, jog jis teisingai tvarko lygiagretumą ir apsaugo nuo lenktynių sąlygų. Naudokite lygiagretumo testavimo įrankius, kad imituotumėte kelis vartotojus, kurie vienu metu pasiekia ir modifikuoja bendrinamus išteklius.

Web Locks API apribojimai

Nors Web Locks API suteikia galingą mechanizmą sinchronizuoti prieigą prie išteklių žiniatinklio programose, svarbu žinoti jo apribojimus.

• Naršyklių palaikymas: Web Locks API nepalaiko visos naršyklės. Prieš naudodami API savo produkcijos kode, patikrinkite naršyklių suderinamumą. Gali būti prieinami „polyfills“ (užpildai), kurie suteikia palaikymą senesnėms naršyklėms.
• Ilgalaikiškumas: Užraktai nėra išliekantys per naršyklės sesijas. Kai naršyklė uždaroma arba atnaujinama, visi užraktai atleidžiami.
• Nėra paskirstytų užraktų: Web Locks API teikia sinchronizavimą tik vienos naršyklės egzemplioriaus viduje. Jis nesuteikia mechanizmo sinchronizuoti prieigą prie išteklių keliuose kompiuteriuose ar serveriuose. Paskirstytam užrakinimui reikės pasikliauti serverio pusės užrakinimo mechanizmais.
• Bendradarbiavimu pagrįstas užrakinimas: Web Locks API remiasi bendradarbiavimu pagrįstu užrakinimu. Kūrėjai turi užtikrinti, kad kodas, kuris pasiekia bendrinamus išteklius, laikytųsi užrakinimo protokolo. API negali užkirsti kelio kodui pasiekti išteklius, prieš tai neįgijus užrakto.

Alternatyvos Web Locks API

Nors Web Locks API siūlo vertingą įrankį išteklių sinchronizavimui, egzistuoja keletas alternatyvių požiūrių, kurių kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų.

• Serverio pusės užrakinimas: Užrakinimo mechanizmų įgyvendinimas serveryje yra tradicinis požiūris į lygiagretumo valdymą. Tai apima duomenų bazių transakcijų, optimistinio arba pesimistinio užrakinimo naudojimą bendrinamiems ištekliams apsaugoti. Serverio pusės užrakinimas suteikia tvirtesnį ir patikimesnį sprendimą paskirstytam lygiagretumui, tačiau jis gali sukelti delsą ir padidinti serverio apkrovą.
• Atominės operacijos: Kai kurios duomenų struktūros ir API suteikia atomines operacijas, kurios garantuoja, kad operacijų seka bus įvykdyta kaip vienas, nedalomas vienetas. Tai gali būti naudinga sinchronizuojant prieigą prie paprastų duomenų struktūrų, nereikalaujant aiškių užraktų.
• Pranešimų perdavimas: Užuot dalinęsi kintama būsena, apsvarstykite galimybę naudoti pranešimų perdavimą bendravimui tarp skirtingų jūsų programos dalių. Šis požiūris gali supaprastinti lygiagretumo valdymą, pašalindamas bendrinamų užraktų poreikį.
• Nekintamumas (angl. immutability): Naudojant nekintamas duomenų struktūras taip pat galima supaprastinti lygiagretumo valdymą. Nekintamų duomenų negalima modifikuoti po jų sukūrimo, taip pašalinant lenktynių sąlygų galimybę.

Išvada

Web Locks API yra vertingas įrankis, skirtas sinchronizuoti prieigą prie išteklių ir valdyti lygiagrečią prieigą žiniatinklio programose. Suteikdamas kliento pusės užrakinimo mechanizmą, API gali pagerinti našumą, užkirsti kelią duomenų sugadinimui ir pagerinti vartotojo patirtį. Tačiau svarbu suprasti API apribojimus ir tinkamai jį naudoti. Prieš įgyvendindami Web Locks API, apsvarstykite konkrečius savo programos reikalavimus, naršyklių suderinamumą ir aklaviečių galimybę.

Laikydamiesi šiame vadove pateiktų gerosios praktikos pavyzdžių, galite pasinaudoti Web Locks API, kad sukurtumėte tvirtas ir jautrias žiniatinklio programas, kurios tinkamai tvarko lygiagretumą ir užtikrina duomenų vientisumą įvairiose globaliose aplinkose.