Web Locks API：浏览器中跨 Tab 页或 Worker 之间的原子操作

好的，各位观众老爷们，掌声响起来！欢迎来到今天的《浏览器黑魔法》特别讲座！我是你们的老朋友，江湖人称“Bug终结者”的码农侠。今天，我们要聊聊一个非常酷炫，但又常常被忽视的浏览器API——Web Locks API。

准备好了吗？系好安全带，我们即将进入一个充满并发、原子操作和浏览器 Tab 页争霸的奇妙世界！🚀

开场白：一场关于并发的血案

想象一下，你正在开发一个在线协作文档应用。用户可以同时打开多个 Tab 页编辑同一份文档。问题来了：如果两个用户同时修改了同一段文字，谁的修改应该生效？或者，如果一个用户正在进行复杂的排版操作，另一个用户不小心删除了关键段落，那岂不是一场血案？😱

传统的 JavaScript 是单线程的，但浏览器是多进程的。不同的 Tab 页、不同的 Worker 就像是不同的“小弟”，各自为战。如果没有有效的协调机制，数据一致性就会成为噩梦。

这时候，Web Locks API 就像一位及时出现的“老大哥”，挥舞着原子操作的旗帜，大喊一声：“都给我住手！排好队，一个一个来！”

Web Locks API：原子操作的守护者

Web Locks API 允许我们在浏览器环境中，跨 Tab 页、跨 Worker 之间实现互斥锁。这意味着，我们可以确保在同一时刻，只有一个“小弟”能够访问和修改共享资源。

简单来说，Web Locks API 提供了一种在浏览器层面实现原子操作的机制。

什么是原子操作？

原子操作就像是化学反应中的原子，要么完全发生，要么完全不发生，不存在中间状态。在并发编程中，原子操作能够保证数据的一致性，避免出现竞态条件（Race Condition）。

Web Locks API 的基本用法

Web Locks API 非常简单，主要就一个 navigator.locks 对象。我们可以通过它来请求、释放锁。

// 请求锁
navigator.locks.request('my_resource', { mode: 'exclusive' }, async lock => {
  // 拿到锁之后，执行你的关键操作
  console.log('成功获得锁！');
  try {
    // 模拟一个耗时操作
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000));
    console.log('关键操作完成！');
  } finally {
    // 释放锁
    if (lock) {
      console.log('释放锁！');
    } else {
      console.log("lock lost")
    }
  }
});

这段代码做了什么？

navigator.locks.request('my_resource', ...): 向浏览器请求一个名为 my_resource 的锁。
{ mode: 'exclusive' }: 指定锁的模式为 exclusive，表示这是一个独占锁，同一时刻只能有一个 Tab 页或 Worker 拥有该锁。
async lock => { ... }: 这是一个异步回调函数，当成功获得锁时，该函数会被调用。lock 参数表示获得的锁对象。
try { ... } finally { ... }: 使用 try...finally 结构，确保在关键操作完成后，无论是否发生错误，锁都会被释放。
lock.release(): 释放锁。

锁的模式：独占锁 vs. 共享锁

Web Locks API 提供了两种锁的模式：

exclusive (独占锁)：同一时刻只能有一个持有者。就像你家里的卫生间，别人在使用的时候，你只能在外面等着。🚽
shared (共享锁)：允许多个持有者同时访问资源，但不能进行修改。就像图书馆里的图书，可以同时被很多人阅读，但不能被随意涂改。📚

表格：锁模式对比

锁模式	说明	适用场景
`exclusive`	独占锁，同一时刻只能有一个持有者。	需要确保数据一致性，避免并发修改的场景，例如：在线协作文档的编辑、购物车结算、游戏中的关键操作。
`shared`	共享锁，允许多个持有者同时访问资源，但不能进行修改。	允许多个客户端同时读取数据的场景，例如：在线视频的播放、新闻的浏览、股票行情的查看。

锁的优先级：先到先得，后来者排队

当多个 Tab 页或 Worker 同时请求同一个锁时，Web Locks API 会按照请求的顺序进行排队。先请求的先获得锁，后请求的需要等待。就像在银行排队办理业务一样，先来后到，公平公正。🏦

锁的自动释放：防止死锁的利器

如果持有锁的 Tab 页被关闭，或者 Worker 意外终止，锁会自动释放。这可以有效防止死锁的发生。Web Locks API 就像一个智能的“看门狗”，时刻守护着你的资源安全。🐶

实际应用场景：脑洞大开的时刻到了！

Web Locks API 的应用场景非常广泛，只要涉及到跨 Tab 页或 Worker 的并发操作，都可以考虑使用它。

在线协作文档：确保同一时刻只有一个用户可以编辑同一段文字，避免数据冲突。
购物车结算：防止用户重复下单，导致库存超卖。
离线缓存同步：在多个 Tab 页之间同步离线缓存数据。
游戏开发：保护游戏中的关键资源，例如：玩家的生命值、金币数量。
Web 推送服务：确保推送消息的顺序和一致性。

代码示例：在线协作文档

// 获取文档内容
async function getDocumentContent() {
  // 假设从服务器获取文档内容
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve('Hello, world!');
    }, 100);
  });
}

// 保存文档内容
async function saveDocumentContent(content) {
  // 假设将文档内容保存到服务器
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      console.log('文档已保存：', content);
      resolve();
    }, 100);
  });
}

// 编辑文档
async function editDocument(newContent) {
  // 请求锁
  await navigator.locks.request('document_lock', { mode: 'exclusive' }, async lock => {
    if (lock) {
      try {
        // 获取当前文档内容
        const currentContent = await getDocumentContent();

        // 合并新的内容
        const updatedContent = currentContent + ' ' + newContent;

        // 保存文档内容
        await saveDocumentContent(updatedContent);
      } finally {
        // 释放锁
        console.log('释放文档锁！');
      }
    } else {
      console.log("Lock lost")
    }
  });
}

// 模拟用户输入
editDocument('User A');
editDocument('User B');

在这个例子中，我们使用 document_lock 来保护文档的编辑操作。当一个用户正在编辑文档时，其他用户需要等待锁释放才能进行编辑，从而避免数据冲突。

代码示例：离线缓存同步

// 获取缓存数据
async function getCacheData(key) {
  return localStorage.getItem(key);
}

// 设置缓存数据
async function setCacheData(key, value) {
  localStorage.setItem(key, value);
}

// 同步缓存数据
async function syncCacheData(key, value) {
  // 请求锁
  await navigator.locks.request('cache_lock', { mode: 'exclusive' }, async lock => {
    if (lock) {
      try {
        // 获取当前缓存数据
        const currentData = await getCacheData(key);

        // 合并新的数据
        const updatedData = currentData ? currentData + ',' + value : value;

        // 设置缓存数据
        await setCacheData(key, updatedData);
      } finally {
        // 释放锁
        console.log('释放缓存锁！');
      }
    } else {
      console.log("lock lost")
    }
  });
}

// 模拟多个 Tab 页写入缓存
syncCacheData('my_data', 'Tab A');
syncCacheData('my_data', 'Tab B');

在这个例子中，我们使用 cache_lock 来保护缓存的写入操作。当一个 Tab 页正在写入缓存时，其他 Tab 页需要等待锁释放才能进行写入，从而避免数据丢失或冲突。

注意事项：Web Locks API 的局限性

Web Locks API 虽然强大，但也有一些局限性：

仅限于浏览器环境：Web Locks API 只能在浏览器环境中使用，无法在 Node.js 等服务器端环境中使用。
非持久化：锁的信息存储在浏览器内存中，当浏览器关闭时，锁的信息会丢失。
不支持嵌套锁：Web Locks API 不支持嵌套锁，如果一个 Tab 页或 Worker 已经持有一个锁，再次请求同一个锁会失败。
错误处理：需要注意处理锁获取失败的情况，例如：锁被其他 Tab 页或 Worker 持有。

表格：Web Locks API 的优缺点

优点	缺点
跨 Tab 页、跨 Worker 的互斥锁	仅限于浏览器环境
简单易用，API 设计简洁明了	非持久化，锁的信息存储在浏览器内存中
自动释放锁，防止死锁	不支持嵌套锁
有效解决并发问题，保证数据一致性	错误处理需要注意，锁获取失败时需要进行相应的处理

总结：Web Locks API，并发编程的瑞士军刀

Web Locks API 就像一把瑞士军刀，虽然小巧，但功能强大。它可以帮助我们轻松解决浏览器环境中的并发问题，保证数据的一致性。

当然，Web Locks API 并非万能的。在实际应用中，我们需要根据具体的场景选择合适的解决方案。如果需要更复杂的并发控制机制，可以考虑使用 Service Worker 或者 SharedWorker。

最后的彩蛋：性能优化小技巧

在使用 Web Locks API 时，有一些性能优化的小技巧：

尽量减少锁的持有时间：在 critical section 中只执行必要的代码，避免长时间持有锁。
避免频繁的锁请求和释放：可以使用缓存或其他优化手段，减少锁的竞争。
合理选择锁的模式：如果只需要读取数据，可以使用共享锁，提高并发性能。

结尾：感谢聆听，下次再见！

好了，今天的《浏览器黑魔法》特别讲座就到这里。希望大家通过今天的学习，能够对 Web Locks API 有更深入的了解。

记住，并发编程是一门艺术，需要不断学习和实践。希望大家能够灵活运用 Web Locks API，写出更健壮、更高效的 Web 应用！

感谢大家的聆听，我们下次再见！👋

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