17 августа 2025 г.Русский

Подробное руководство по API Web Locks, раскрывающее его возможности для синхронизации ресурсов в веб-приложениях. Узнайте, как предотвратить гонки, управлять доступом и создавать надежные веб-решения.

API Web Locks: Примитивы синхронизации ресурсов для современных веб-приложений

В области разработки современных веб-приложений управление общими ресурсами и предотвращение гонок являются решающими для обеспечения целостности данных и бесперебойной работы пользователей. API Web Locks предоставляет мощный механизм для координации доступа к этим ресурсам, предлагая способ реализации кооперативной многозадачности и избежания распространенных проблем конкурентности. Это подробное руководство углубляется в тонкости API Web Locks, исследуя его возможности, варианты использования и лучшие практики.

Понимание синхронизации ресурсов

Прежде чем углубляться в детали API Web Locks, важно понять фундаментальные концепции синхронизации ресурсов. В многопоточной или многопроцессной среде несколько контекстов выполнения могут пытаться одновременно получить доступ к одному и тому же ресурсу и изменить его. Без надлежащих механизмов синхронизации это может привести к:

Состояния гонки: Результат операции зависит от непредсказуемого порядка, в котором различные контексты выполнения получают доступ к ресурсу.
Повреждение данных: Одновременные изменения могут привести к несогласованным или недействительным данным.
Взаимные блокировки: Два или более контекста выполнения блокируются на неопределенный срок, ожидая, пока друг друга освободят ресурсы, которые им нужны.

Традиционные механизмы блокировки, такие как мьютексы и семафоры, обычно используются в серверном программировании для решения этих проблем. Однако однопоточная природа JavaScript в браузере представляет собой другой набор проблем. Хотя настоящая многопоточность недоступна, асинхронный характер веб-приложений в сочетании с использованием Web Workers все еще может приводить к проблемам конкурентности, требующим тщательного управления.

Знакомство с API Web Locks

API Web Locks предлагает кооперативный механизм блокировки, разработанный специально для веб-приложений. Он позволяет разработчикам запрашивать эксклюзивный или общий доступ к именованным ресурсам, предотвращая одновременный доступ и обеспечивая согласованность данных. В отличие от традиционных механизмов блокировки, API Web Locks полагается на кооперативную многозадачность, что означает, что контексты выполнения добровольно уступают управление, чтобы позволить другим получить доступ к заблокированному ресурсу.

Вот разбивка ключевых понятий:

Имя блокировки: Строка, идентифицирующая блокируемый ресурс. Это позволяет различным частям приложения координировать доступ к одному и тому же ресурсу.
Режим блокировки: Указывает, является ли блокировка эксклюзивной или общей.
- Эксклюзивный: Только один контекст выполнения может удерживать блокировку одновременно. Это подходит для операций, которые изменяют ресурс.
- Общий: Несколько контекстов выполнения могут удерживать блокировку одновременно. Это подходит для операций, которые только читают ресурс.
Получение блокировки: Процесс запроса блокировки. API предоставляет асинхронные методы для получения блокировок, позволяя приложению продолжать обработку других задач, ожидая, когда блокировка станет доступной.
Освобождение блокировки: Процесс освобождения блокировки, делающий ее доступной для других контекстов выполнения.

Использование API Web Locks: практические примеры

Давайте рассмотрим несколько практических примеров, чтобы проиллюстрировать, как API Web Locks можно использовать в веб-приложениях.

Пример 1: предотвращение одновременных обновлений базы данных

Рассмотрим сценарий, когда несколько пользователей редактируют один и тот же документ в приложении для совместного редактирования. Без надлежащей синхронизации одновременные обновления могут привести к потере данных или несоответствиям. API Web Locks можно использовать для предотвращения этого путем получения эксклюзивной блокировки перед обновлением документа.

            
async function updateDocument(documentId, newContent) {
  try {
    await navigator.locks.request(`document-${documentId}`, async (lock) => {
      // Lock acquired successfully.
      console.log(`Lock acquired for document ${documentId}`);

      // Simulate a database update operation.
      await simulateDatabaseUpdate(documentId, newContent);

      console.log(`Document ${documentId} updated successfully`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Error updating document ${documentId}: ${error}`);
  }
}

async function simulateDatabaseUpdate(documentId, newContent) {
  // Simulate a delay to represent a database operation.
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
  // In a real application, this would update the database.
  console.log(`Simulated database update for document ${documentId}`);
}

// Example usage:
updateDocument("123", "New content for the document");

В этом примере метод `navigator.locks.request()` используется для получения эксклюзивной блокировки с именем `document-${documentId}`. Предоставленная функция обратного вызова выполняется только после успешного получения блокировки. Внутри обратного вызова выполняется операция обновления базы данных. После завершения обновления блокировка автоматически освобождается при завершении функции обратного вызова.

Пример 2: Управление доступом к общим ресурсам в Web Workers

Web Workers позволяют запускать код JavaScript в фоновом режиме, отдельно от основного потока. Это может повысить производительность вашего приложения за счет разгрузки ресурсоемких задач. Однако Web Workers также могут вызывать проблемы с конкурентностью, если им требуется доступ к общим ресурсам.

API Web Locks можно использовать для координации доступа к этим общим ресурсам. Например, рассмотрим сценарий, когда Web Worker должен обновить общий счетчик.

Основной поток:

            
const worker = new Worker('worker.js');

worker.postMessage({ action: 'incrementCounter', lockName: 'shared-counter' });
worker.postMessage({ action: 'incrementCounter', lockName: 'shared-counter' });

worker.onmessage = function(event) {
  console.log('Counter value:', event.data.counter);
};

Поток Worker (worker.js):

            
let counter = 0;

self.onmessage = async function(event) {
  const { action, lockName } = event.data;

  if (action === 'incrementCounter') {
    try {
      await navigator.locks.request(lockName, async (lock) => {
        // Lock acquired successfully.
        console.log('Lock acquired in worker');

        // Increment the counter.
        counter++;

        console.log('Counter incremented in worker:', counter);

        // Send the updated counter value back to the main thread.
        self.postMessage({ counter: counter });
      });
    } catch (error) {
      console.error('Error incrementing counter in worker:', error);
    }
  }
};

В этом примере Web Worker прослушивает сообщения от основного потока. Когда он получает сообщение об увеличении счетчика, он получает эксклюзивную блокировку с именем `shared-counter` перед обновлением счетчика. Это гарантирует, что только один рабочий может увеличивать счетчик одновременно, предотвращая гонки.

Дополнительные соображения

Параметры блокировки

Метод `navigator.locks.request()` принимает необязательный объект `options`, который позволяет дополнительно настроить процесс получения блокировки. Основные параметры включают:

mode: Указывает режим блокировки: 'exclusive' (эксклюзивный) или 'shared' (общий) (как обсуждалось ранее).
ifAvailable: Логическое значение. Если `true`, promise немедленно разрешается с объектом `Lock`, если блокировка доступна; в противном случае он разрешается со значением `null`. Это позволяет выполнять неблокирующие попытки получения блокировки.
steal: Логическое значение. Если `true`, и текущий документ активен, и блокировка в настоящее время удерживается скриптом, работающим в фоновом режиме, то фоновый скрипт будет принудительно освобожден от блокировки. Это мощная функция, которую следует использовать с осторожностью, поскольку она может прерывать выполняющиеся операции.

Обнаружение конфликтов блокировки

API Web Locks не предоставляет прямой механизм для обнаружения конфликтов блокировки (т. е. определения того, удерживается ли блокировка в данный момент другим контекстом выполнения). Однако вы можете реализовать простой механизм опроса, используя параметр `ifAvailable`, чтобы периодически проверять, доступна ли блокировка.

            
async function attemptLockAcquisition(lockName) {
  const lock = await navigator.locks.request(lockName, { ifAvailable: true });
  return lock !== null;
}

async function monitorLockContention(lockName) {
  while (true) {
    const lockAcquired = await attemptLockAcquisition(lockName);
    if (lockAcquired) {
      console.log(`Lock ${lockName} acquired after contention`);
      // Perform the operation that requires the lock.
      break;
    } else {
      console.log(`Lock ${lockName} is currently contended`);
      await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100)); // Wait 100ms
    }
  }
}

// Example usage:
monitorLockContention("my-resource-lock");

Альтернативы API Web Locks

Хотя API Web Locks предоставляет ценный инструмент для синхронизации ресурсов, важно знать об альтернативных подходах, которые могут быть более подходящими в определенных сценариях.

Atomics и SharedArrayBuffer: Эти технологии предоставляют примитивы низкого уровня для общей памяти и атомарных операций, обеспечивая более детальный контроль над конкурентностью. Однако они требуют тщательной обработки и могут быть сложнее в использовании, чем API Web Locks. Они также требуют установки определенных HTTP-заголовков из-за проблем безопасности.
Передача сообщений: Использование передачи сообщений между различными контекстами выполнения (например, между основным потоком и Web Workers) может быть более простой и надежной альтернативой общим механизмам памяти и блокировки. Этот подход включает отправку сообщений, содержащих данные для обработки, вместо прямого совместного использования памяти.
Идемпотентные операции: Разработка операций для идемпотентности (т. е. выполнение одной и той же операции несколько раз имеет тот же эффект, что и выполнение ее один раз) может устранить необходимость синхронизации в некоторых случаях.
Оптимистичная блокировка: Вместо получения блокировки перед выполнением операции оптимистичная блокировка предполагает проверку того, был ли ресурс изменен с момента его последнего считывания. Если это так, операция повторяется.

Варианты использования в разных регионах

API Web Locks применим в различных регионах и отраслях. Вот несколько примеров:

Электронная коммерция (Глобально): Предотвращение двойной траты в онлайн-транзакциях. Представьте себе пользователя в Токио и другого в Нью-Йорке, одновременно пытающихся приобрести последний товар на складе. API Web Locks может гарантировать успешное выполнение только одной транзакции.
Совместное редактирование документов (По всему миру): Обеспечение согласованности в платформах для совместной работы с документами в реальном времени, используемых командами в Лондоне, Сиднее и Сан-Франциско.
Онлайн-банкинг (Несколько стран): Защита от одновременных обновлений учетных записей, когда пользователи в разных часовых поясах одновременно получают доступ к одной и той же учетной записи.
Приложения для здравоохранения (Различные страны): Управление доступом к записям пациентов для предотвращения конфликтующих обновлений от нескольких поставщиков медицинских услуг.
Игры (Глобально): Синхронизация состояния игры между несколькими игроками в массовой многопользовательской онлайн-игре (MMO) для предотвращения мошенничества и обеспечения справедливости.

Заключение

API Web Locks предлагает мощный и универсальный механизм для синхронизации ресурсов в веб-приложениях. Предоставляя кооперативный механизм блокировки, он позволяет разработчикам предотвращать гонки, управлять доступом к общим ресурсам и создавать надежные и надежные веб-решения. Хотя это не панацея, и существуют альтернативы, понимание и использование API Web Locks может значительно улучшить качество и стабильность современных веб-приложений. Поскольку веб-приложения становятся все более сложными и зависят от асинхронных операций и Web Workers, потребность в надлежащей синхронизации ресурсов будет только расти, что делает API Web Locks важным инструментом для веб-разработчиков во всем мире.