Web Locks API: Синхронізація ресурсів та керування одночасним доступом

У сучасному ландшафті веброзробки створення надійних та чутливих застосунків часто включає керування спільними ресурсами та обробку одночасного доступу. Коли кілька частин вашого застосунку, або навіть кілька вкладок чи вікон браузера, намагаються одночасно отримати доступ і змінити одні й ті самі дані, можуть виникнути стани гонитви та пошкодження даних. Web Locks API надає механізм для синхронізації доступу до цих ресурсів, забезпечуючи цілісність даних та запобігаючи непередбачуваній поведінці.

Розуміння потреби в синхронізації ресурсів

Розглянемо сценарій, коли користувач редагує документ у вебзастосунку. Може бути відкрито кілька вкладок браузера з одним і тим же документом, або застосунок може мати фонові процеси, які періодично зберігають документ. Без належної синхронізації зміни, зроблені в одній вкладці, можуть бути перезаписані змінами з іншої, що призведе до втрати даних та розчарування користувача. Аналогічно, у застосунках електронної комерції кілька користувачів можуть одночасно намагатися придбати останній товар на складі. Без механізму запобігання надлишковим продажам можуть бути розміщені замовлення, які неможливо виконати, що призведе до незадоволення клієнтів.

Традиційні підходи до керування паралелізмом, такі як покладання виключно на серверні механізми блокування, можуть створювати значну затримку та складність. Web Locks API надає клієнтське рішення, яке дозволяє розробникам координувати доступ до ресурсів безпосередньо в браузері, покращуючи продуктивність та зменшуючи навантаження на сервер.

Представляємо Web Locks API

Web Locks API — це JavaScript API, який дозволяє отримувати та звільняти блокування для іменованих ресурсів у вебзастосунку. Ці блокування є ексклюзивними, що означає, що лише один фрагмент коду може утримувати блокування на певному ресурсі в будь-який момент часу. Ця ексклюзивність гарантує, що критичні секції коду, які отримують доступ та змінюють спільні дані, виконуються контрольовано та передбачувано.

API розроблено як асинхронний, він використовує проміси (Promises) для повідомлення про отримання або зняття блокування. Ця неблокуюча природа запобігає зависанню інтерфейсу користувача під час очікування блокування, забезпечуючи чутливий користувацький досвід.

Ключові поняття та термінологія

• Ім'я блокування (Lock Name): Рядок, що ідентифікує ресурс, який захищено блокуванням. Це ім'я використовується для отримання та зняття блокувань на одному й тому ж ресурсі. Ім'я блокування чутливе до регістру.
• Режим блокування (Lock Mode): Визначає тип запитуваного блокування. API підтримує два режими:
• `exclusive` (за замовчуванням): Дозволяється лише один власник блокування одночасно.
• `shared`: Дозволяє кільком власникам блокування одночасно, за умови, що жоден інший власник не має ексклюзивного блокування на тому ж ресурсі.
• Запит на блокування (Lock Request): Асинхронна операція, яка намагається отримати блокування. Запит виконується, коли блокування успішно отримано, або відхиляється, якщо блокування неможливо отримати (наприклад, тому що інший фрагмент коду вже утримує ексклюзивне блокування).
• Зняття блокування (Lock Release): Операція, яка звільняє блокування, роблячи його доступним для отримання іншим кодом.

Використання Web Locks API: Практичні приклади

Розглянемо деякі практичні приклади того, як можна використовувати Web Locks API для синхронізації доступу до ресурсів у вебзастосунках.

Приклад 1: Запобігання одночасному редагуванню документів

Уявіть собі застосунок для спільного редагування документів, де кілька користувачів можуть одночасно редагувати той самий документ. Щоб запобігти конфліктам, ми можемо використовувати Web Locks API, щоб гарантувати, що лише один користувач може змінювати документ у будь-який момент часу.

async function saveDocument(documentId, content) {
  try {
    await navigator.locks.request(documentId, async () => {
      // Критична секція: Збереження вмісту документа на сервері
      console.log(`Блокування для документа ${documentId} отримано. Збереження...`);
      await saveToServer(documentId, content);
      console.log(`Документ ${documentId} успішно збережено.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Не вдалося зберегти документ ${documentId}:`, error);
  }
}

async function saveToServer(documentId, content) {
  // Імітація збереження на сервері (замініть реальним викликом API)
  return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
}

У цьому прикладі функція `saveDocument` намагається отримати блокування для документа, використовуючи його ID як ім'я блокування. Метод `navigator.locks.request` приймає два аргументи: ім'я блокування та функцію зворотного виклику. Функція зворотного виклику виконується лише після успішного отримання блокування. Усередині неї вміст документа зберігається на сервері. Коли функція зворотного виклику завершується, блокування автоматично знімається. Якщо інший екземпляр функції спробує виконатися з тим самим `documentId`, він чекатиме, поки блокування не буде знято. Якщо виникає помилка, вона перехоплюється та реєструється.

Приклад 2: Контроль доступу до Local Storage

Local Storage — це поширений механізм для зберігання даних у браузері. Однак, якщо кілька частин вашого застосунку намагаються одночасно отримати доступ і змінити Local Storage, може статися пошкодження даних. Web Locks API можна використовувати для синхронізації доступу до Local Storage, забезпечуючи цілісність даних.

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('localStorage', async () => {
      // Критична секція: Оновлення Local Storage
      console.log(`Блокування для localStorage отримано. Оновлення ключа ${key}...`);
      localStorage.setItem(key, value);
      console.log(`Ключ ${key} оновлено в localStorage.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Не вдалося оновити localStorage:`, error);
  }
}

У цьому прикладі функція `updateLocalStorage` намагається отримати блокування для ресурсу 'localStorage'. Потім функція зворотного виклику оновлює вказаний ключ у Local Storage. Блокування гарантує, що лише один фрагмент коду може одночасно отримати доступ до Local Storage, запобігаючи станам гонитви.

Приклад 3: Керування спільними ресурсами у Web Workers

Веб-воркери (Web Workers) дозволяють запускати JavaScript-код у фоновому режимі, не блокуючи основний потік. Однак, якщо веб-воркеру потрібно отримати доступ до спільних ресурсів з основним потоком або іншими веб-воркерами, синхронізація є важливою. Web Locks API можна використовувати для координації доступу до цих ресурсів.

Спочатку, у вашому основному потоці:

async function mainThreadFunction() {
    try {
        await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
            console.log('Основний потік отримав блокування для sharedResource');
            // Доступ та зміна спільного ресурсу
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Імітація роботи
            console.log('Основний потік знімає блокування з sharedResource');
        });
    } catch (error) {
        console.error('Основний потік не зміг отримати блокування:', error);
    }
}

mainThreadFunction();

Потім, у вашому веб-воркері:

self.addEventListener('message', async (event) => {
    if (event.data.type === 'accessSharedResource') {
        try {
            await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
                console.log('Веб-воркер отримав блокування для sharedResource');
                // Доступ та зміна спільного ресурсу
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000)); // Імітація роботи
                console.log('Веб-воркер знімає блокування з sharedResource');
                self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: true });
            });
        } catch (error) {
            console.error('Веб-воркер не зміг отримати блокування:', error);
            self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: false, error: error.message });
        }
    }
});

У цьому прикладі і основний потік, і веб-воркер намагаються отримати блокування для `sharedResource`. Об'єкт `navigator.locks` доступний у веб-воркерах, що дозволяє їм брати участь у тому ж механізмі блокування, що й основний потік. Повідомлення використовуються для комунікації між основним потоком і воркером, ініціюючи спробу отримання блокування.

Режими блокування: Ексклюзивний та Спільний

Web Locks API підтримує два режими блокування: `exclusive` (ексклюзивний) та `shared` (спільний). Вибір режиму блокування залежить від конкретних вимог вашого застосунку.

Ексклюзивні блокування

Ексклюзивне блокування надає винятковий доступ до ресурсу. Лише один фрагмент коду може утримувати ексклюзивне блокування на певному ресурсі в будь-який момент часу. Цей режим підходить для сценаріїв, де лише один процес повинен мати можливість змінювати ресурс одночасно. Наприклад, запис даних у файл, оновлення запису в базі даних або зміна стану компонента інтерфейсу.

Усі наведені вище приклади використовували ексклюзивні блокування за замовчуванням. Вам не потрібно вказувати режим, оскільки `exclusive` є стандартним.

Спільні блокування

Спільне блокування дозволяє кільком фрагментам коду одночасно утримувати блокування на ресурсі, за умови, що жоден інший код не утримує ексклюзивне блокування на тому ж ресурсі. Цей режим підходить для сценаріїв, коли кільком процесам потрібно одночасно читати ресурс, але жодному процесу не потрібно його змінювати. Наприклад, читання даних з файлу, запит до бази даних або рендеринг компонента інтерфейсу.

Щоб запросити спільне блокування, вам потрібно вказати опцію `mode` у методі `navigator.locks.request`.

async function readData(resourceId) {
  try {
    await navigator.locks.request(resourceId, { mode: 'shared' }, async () => {
      // Критична секція: Читання даних з ресурсу
      console.log(`Спільне блокування для ресурсу ${resourceId} отримано. Читання...`);
      const data = await readFromResource(resourceId);
      console.log(`Дані, прочитані з ресурсу ${resourceId}:`, data);
      return data;
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Не вдалося прочитати дані з ресурсу ${resourceId}:`, error);
  }
}

async function readFromResource(resourceId) {
  // Імітація читання з ресурсу (замініть реальним викликом API)
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve({ value: 'Some data' }), 500));
}

У цьому прикладі функція `readData` запитує спільне блокування для вказаного ресурсу. Кілька екземплярів цієї функції можуть виконуватися одночасно, доки жоден інший код не утримує ексклюзивне блокування на тому ж ресурсі.

Міркування для глобальних застосунків

При розробці вебзастосунків для глобальної аудиторії важливо враховувати наслідки синхронізації ресурсів та контролю одночасного доступу в різноманітних середовищах.

• Затримка мережі: Висока затримка мережі може посилити вплив проблем паралелізму. Серверні механізми блокування можуть створювати значні затримки, що призводить до поганого користувацького досвіду. Web Locks API може допомогти пом'якшити це, надаючи клієнтське рішення для синхронізації доступу до ресурсів.
• Часові пояси: При роботі з даними, чутливими до часу, такими як планування подій або обробка транзакцій, важливо враховувати різні часові пояси. Належні механізми синхронізації можуть допомогти запобігти конфліктам і забезпечити узгодженість даних у географічно розподілених системах.
• Культурні відмінності: Різні культури можуть мати різні очікування щодо доступу до даних та їх модифікації. Наприклад, деякі культури можуть надавати пріоритет співпраці в реальному часі, тоді як інші можуть віддавати перевагу більш асинхронному підходу. Важливо спроектувати ваш застосунок так, щоб він задовольняв ці різноманітні потреби.
• Мова та локалізація: Сам Web Locks API безпосередньо не пов'язаний з мовою чи локалізацією. Однак ресурси, що синхронізуються, можуть містити локалізований контент. Переконайтеся, що ваші механізми синхронізації сумісні з вашою стратегією локалізації.

Найкращі практики використання Web Locks API

• Зберігайте критичні секції короткими: Чим довше утримується блокування, тим більший потенціал для суперечок і затримок. Зберігайте критичні секції коду, які отримують доступ та змінюють спільні дані, якомога коротшими.
• Уникайте взаємних блокувань (Deadlocks): Взаємні блокування виникають, коли два або більше фрагментів коду блокуються на невизначений термін, чекаючи один на одного для зняття блокувань. Щоб уникнути взаємних блокувань, переконайтеся, що блокування завжди отримуються та знімаються в послідовному порядку.
• Витончено обробляйте помилки: Метод `navigator.locks.request` може відхилити запит, якщо блокування неможливо отримати. Витончено обробляйте ці помилки, надаючи інформативний зворотний зв'язок користувачеві.
• Використовуйте значущі імена блокувань: Вибирайте імена блокувань, які чітко ідентифікують ресурси, що захищаються. Це зробить ваш код легшим для розуміння та підтримки.
• Враховуйте область видимості блокування: Визначте відповідну область видимості для ваших блокувань. Чи має бути блокування глобальним (для всіх вкладок і вікон браузера), чи воно має бути обмежене конкретною вкладкою або вікном? Web Locks API дозволяє контролювати область видимості ваших блокувань.
• Ретельно тестуйте: Ретельно тестуйте свій код, щоб переконатися, що він правильно обробляє паралелізм і запобігає станам гонитви. Використовуйте інструменти для тестування паралелізму, щоб симулювати одночасний доступ кількох користувачів до спільних ресурсів.

Обмеження Web Locks API

Хоча Web Locks API надає потужний механізм для синхронізації доступу до ресурсів у вебзастосунках, важливо знати про його обмеження.

• Підтримка браузерами: Web Locks API підтримується не всіма браузерами. Перевіряйте сумісність браузерів перед використанням API у вашому продуктовому коді. Можуть бути доступні поліфіли для забезпечення підтримки у старіших браузерах.
• Стійкість: Блокування не є стійкими між сесіями браузера. Коли браузер закривається або оновлюється, всі блокування знімаються.
• Немає розподілених блокувань: Web Locks API забезпечує синхронізацію лише в межах одного екземпляра браузера. Він не надає механізму для синхронізації доступу до ресурсів на кількох машинах або серверах. Для розподіленого блокування вам доведеться покладатися на серверні механізми блокування.
• Кооперативне блокування: Web Locks API покладається на кооперативне блокування. Розробники повинні забезпечити, щоб код, який отримує доступ до спільних ресурсів, дотримувався протоколу блокування. API не може запобігти доступу коду до ресурсів без попереднього отримання блокування.

Альтернативи Web Locks API

Хоча Web Locks API є цінним інструментом для синхронізації ресурсів, існує кілька альтернативних підходів, кожен зі своїми сильними та слабкими сторонами.

• Серверне блокування: Реалізація механізмів блокування на сервері є традиційним підходом до керування паралелізмом. Це включає використання транзакцій бази даних, оптимістичного або песимістичного блокування для захисту спільних ресурсів. Серверне блокування забезпечує більш надійне та стабільне рішення для розподіленого паралелізму, але може створювати затримку та збільшувати навантаження на сервер.
• Атомарні операції: Деякі структури даних та API надають атомарні операції, які гарантують, що послідовність операцій виконується як єдина, неподільна одиниця. Це може бути корисним для синхронізації доступу до простих структур даних без необхідності явних блокувань.
• Передача повідомлень: Замість спільного змінного стану, розгляньте можливість використання передачі повідомлень для комунікації між різними частинами вашого застосунку. Цей підхід може спростити керування паралелізмом, усуваючи потребу в спільних блокуваннях.
• Незмінність (Immutability): Використання незмінних структур даних також може спростити керування паралелізмом. Незмінні дані не можуть бути змінені після їх створення, що усуває можливість виникнення станів гонитви.

Висновок

Web Locks API є цінним інструментом для синхронізації доступу до ресурсів та керування одночасним доступом у вебзастосунках. Надаючи клієнтський механізм блокування, API може покращити продуктивність, запобігти пошкодженню даних та покращити користувацький досвід. Однак важливо розуміти обмеження API та використовувати його належним чином. Враховуйте конкретні вимоги вашого застосунку, сумісність з браузерами та потенціал для взаємних блокувань перед впровадженням Web Locks API.

Дотримуючись найкращих практик, викладених у цьому посібнику, ви можете використовувати Web Locks API для створення надійних та чутливих вебзастосунків, які витончено обробляють паралелізм та забезпечують цілісність даних у різноманітних глобальних середовищах.