JS `Web Locks API` (浏览器)：跨标签页、跨 Worker 的分布式锁

各位观众老爷们，大家好！我是你们的老朋友，Bug终结者。今天咱们不聊风花雪月，来点硬核的——JS Web Locks API。这玩意儿，说白了，就是让你在浏览器里玩分布式锁，听起来高大上，其实理解起来也不难。

开场白：锁的那些事儿

话说回来，锁这东西，在程序世界里那是太常见了。你家小区门口的门禁是锁，你银行账户的密码也是锁。在单线程的世界里，synchronized 关键字就能搞定一切。但到了多线程、多进程、甚至多个浏览器标签页的世界，那锁的玩法就多了。

Web Locks API 就是为了解决浏览器中跨标签页、跨 Worker 的资源同步问题而生的。想象一下，你要在多个标签页中编辑同一篇文章，如果没有锁，那大家岂不是各改各的，最后合并的时候得乱成一锅粥？

Web Locks API：闪亮登场

Web Locks API 提供了一种机制，允许 JavaScript 代码在不同的浏览上下文（例如，不同的标签页或 Worker）之间协调对共享资源的访问。它基于 Promise，使用起来比较简单。

核心概念

• Lock Name (锁名): 每个锁都有一个名字，就像你家房子的门牌号。这个名字是一个字符串，用来标识要锁定的资源。
• Lock Mode (锁模式): 有两种模式：
  • exclusive (独占锁): 就像皇帝选妃，一次只能有一个人拥有。
  • shared (共享锁): 就像图书馆，可以同时有多个人借阅，但不能同时修改。
• Lock 持有者: 获得锁的那个 JavaScript 环境（标签页、Worker）。
• Lock 请求队列: 如果锁已经被占用，其他请求者会进入队列等待。
• navigator.locks 对象: 这是 Web Locks API 的入口，通过它可以请求和释放锁。

基本用法

Web Locks API 主要围绕 navigator.locks 对象展开，提供两个核心方法：

• request(name, options, callback): 请求锁。
• query(): 查询当前锁的状态。

request() 方法详解

这是最重要的一个方法，它的签名如下：

navigator.locks.request(name, options, callback);

• name: 锁的名字 (字符串)。
• options: 一个可选的对象，可以设置锁的模式和一些其他选项。
  • mode: 锁的模式，可以是 'exclusive' 或 'shared' (默认是 'exclusive')。
  • ifAvailable: 一个布尔值，如果为 true，则仅在锁可用时才获取锁，否则立即返回一个 rejected Promise。
  • steal: 一个布尔值，如果为 true，则强制释放当前持有锁的线程并立即获取锁。谨慎使用！
  • signal: 一个 AbortSignal 对象，用于中止锁的请求。
• callback: 一个回调函数，当锁被成功获取后执行。这个回调函数接收一个参数，表示锁已经被成功获取。当回调函数执行完毕（或者返回一个 Promise 并且 Promise resolve）后，锁会自动释放。

简单示例：独占锁

navigator.locks.request('my-resource', lock => {
  console.log('成功获取锁！');

  // 在这里安全地访问和修改共享资源

  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      console.log('锁已释放！');
      resolve(); // Promise resolve 后，锁会自动释放
    }, 3000); // 模拟操作 3 秒
  });
}).then(() => {
  console.log('请求锁完成');
}).catch(error => {
  console.error('获取锁失败:', error);
});

这段代码尝试获取名为 'my-resource' 的独占锁。如果锁可用，回调函数会被执行，你可以在回调函数中安全地访问和修改共享资源。 回调返回的Promise resolve后，锁会自动释放。

进阶示例：共享锁

navigator.locks.request('my-resource', { mode: 'shared' }, lock => {
  console.log('成功获取共享锁！');

  // 在这里安全地读取共享资源

  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      console.log('共享锁已释放！');
      resolve();
    }, 2000);
  });
}).then(() => {
  console.log('请求共享锁完成');
}).catch(error => {
  console.error('获取共享锁失败:', error);
});

这个例子和上面的类似，但是使用了 mode: 'shared'，表示获取的是共享锁。多个标签页可以同时获取同一个资源的共享锁，但不能同时获取独占锁。

query() 方法详解

query() 方法允许你查询当前锁的状态。它返回一个 Promise，resolve 的值是一个对象，包含以下属性：

• held: 一个数组，包含当前所有被持有的锁的信息。每个元素都是一个对象，包含 name (锁名) 和 mode (锁模式)。
• pending: 一个数组，包含所有正在等待获取锁的请求的信息。每个元素也是一个对象，包含 name (锁名) 和 mode (锁模式)。

示例：查询锁状态

navigator.locks.query().then(state => {
  console.log('当前锁状态:', state);
});

跨标签页通信：共享数据

Web Locks API 本身不提供数据共享的机制，它只负责锁的同步。要实现跨标签页的数据共享，你需要配合其他的 API，比如 BroadcastChannel API 或 SharedWorker API。

使用 BroadcastChannel API 的示例

const channel = new BroadcastChannel('my-channel');

navigator.locks.request('my-resource', lock => {
  console.log('获取锁，准备更新数据');

  // 模拟更新数据
  const newData = Math.random();

  // 通过 BroadcastChannel 发送数据
  channel.postMessage(newData);

  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      console.log('数据更新完成，释放锁');
      resolve();
    }, 1000);
  });
}).catch(error => {
  console.error('获取锁失败:', error);
});

// 监听 BroadcastChannel 的消息
channel.onmessage = event => {
  console.log('收到数据:', event.data);
  // 在这里更新 UI
};

在这个例子中，我们使用 BroadcastChannel API 在多个标签页之间广播数据。当一个标签页获取锁后，它会更新数据，并通过 BroadcastChannel 将新数据发送给其他标签页。

使用 SharedWorker API 的示例

SharedWorker 是一个可以在多个标签页之间共享的 Worker。它可以用来存储共享数据，并提供 API 来访问和修改这些数据。

SharedWorker 代码 (shared-worker.js):

let sharedData = { value: 0 };

onconnect = function(e) {
  const port = e.ports[0];

  port.onmessage = function(event) {
    const message = event.data;

    if (message.type === 'get') {
      port.postMessage({ type: 'value', data: sharedData.value });
    } else if (message.type === 'set') {
      navigator.locks.request('shared-data-lock', lock => {
        sharedData.value = message.data;
        port.postMessage({ type: 'value', data: sharedData.value });
        return Promise.resolve();
      });
    }
  };
};

页面代码：

const sharedWorker = new SharedWorker('shared-worker.js');
const port = sharedWorker.port;

port.start();

function getValue() {
  port.postMessage({ type: 'get' });
}

function setValue(newValue) {
  port.postMessage({ type: 'set', data: newValue });
}

port.onmessage = function(event) {
  const message = event.data;
  if (message.type === 'value') {
    console.log("Shared Data Value:", message.data);
  }
};

// Usage
getValue();
setValue(10);
getValue();

错误处理

Web Locks API 的错误处理主要通过 Promise 的 catch 方法来完成。

navigator.locks.request('my-resource', lock => {
  // ...
}).catch(error => {
  console.error('获取锁失败:', error);
});

常见的错误包括：

• 锁已经被占用。
• 请求被中止 (使用 AbortSignal)。
• 其他未知错误。

使用 AbortSignal 中止请求

AbortSignal 可以用来中止锁的请求。这在某些情况下非常有用，例如，当用户取消了一个操作时，你可以使用 AbortSignal 来取消锁的请求，避免资源浪费。

const controller = new AbortController();
const signal = controller.signal;

navigator.locks.request('my-resource', { signal }, lock => {
  console.log('成功获取锁！');

  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      console.log('锁已释放！');
      resolve();
    }, 3000);
  });
}).catch(error => {
  if (error.name === 'AbortError') {
    console.log('请求被中止！');
  } else {
    console.error('获取锁失败:', error);
  }
});

// 在某个时候中止请求
controller.abort();

steal 选项：强行夺锁

steal 选项允许你强制释放当前持有锁的线程，并立即获取锁。这是一种非常激进的操作，应该谨慎使用。

警告：滥用 steal 可能会导致数据损坏或其他不可预测的问题。

navigator.locks.request('my-resource', { steal: true }, lock => {
  console.log('成功夺取锁！');

  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      console.log('锁已释放！');
      resolve();
    }, 3000);
  });
}).catch(error => {
  console.error('获取锁失败:', error);
});

适用场景

Web Locks API 适用于以下场景：

• 跨标签页/Worker 的数据同步: 例如，在多个标签页中编辑同一篇文章。
• 防止并发操作: 例如，防止用户在多个标签页中同时提交订单。
• 资源竞争管理: 例如，控制对硬件资源的访问。

总结

Web Locks API 是一种强大的工具，可以帮助你解决浏览器中跨标签页、跨 Worker 的资源同步问题。 它基于 Promise，使用起来比较简单，但需要仔细考虑锁的模式、错误处理和数据共享机制。

灵魂拷问

• 你觉得 Web Locks API 有什么缺点？
• 在哪些场景下，你觉得使用 Web Locks API 比使用其他同步机制更好？
• steal 选项应该在什么情况下使用？

Web Locks API 与其他锁机制的对比

为了更好地理解Web Locks API，我们可以将其与其他常见的锁机制进行对比：

特性	Web Locks API	传统数据库锁 (如 MySQL)	Node.js 中的锁 (如使用 Redis 实现)
适用环境	浏览器 (多个标签页/Worker)	数据库服务器	Node.js 服务器 (多个进程/线程)
实现方式	JavaScript API, 基于 Promise	数据库系统内置机制 (例如 SELECT ... FOR UPDATE)	通常依赖外部存储系统 (如 Redis) 或特定的库 (如 async-mutex)
跨进程/线程性	天然支持跨标签页/Worker	支持跨多个数据库连接 (进程/线程)	需要手动实现跨进程/线程的锁机制
锁粒度	锁名由字符串决定，粒度相对粗	可以锁表、锁行、锁页等，粒度更细	锁的粒度取决于使用的存储系统和实现方式
持有时间	锁在回调函数执行完毕后自动释放	锁可以显式释放，或通过事务提交/回滚释放	锁需要显式释放，通常使用 try...finally 结构保证释放
性能	依赖浏览器的实现，通常不如数据库锁高效	数据库锁通常经过优化，性能较高	性能取决于使用的存储系统和实现方式，通常比数据库锁稍慢
错误处理	通过 Promise 的 catch 方法	通过 SQL 错误码和异常处理	通过 Promise 的 catch 方法或回调函数的错误参数
是否阻塞	非阻塞，基于 Promise	通常是阻塞的 (等待锁释放)	取决于实现方式，可以是阻塞的或非阻塞的
适用场景	浏览器端资源同步、防止并发操作	数据库事务、数据一致性维护	服务器端资源同步、防止并发操作
依赖	浏览器支持 Web Locks API	数据库系统	外部存储系统 (如 Redis) 或特定的锁库

Web Locks API 的局限性

虽然 Web Locks API 提供了一种方便的跨标签页/Worker 锁机制，但它也存在一些局限性：

1. 浏览器兼容性: 并非所有浏览器都完全支持 Web Locks API。在使用前，建议检查浏览器的兼容性。
2. 锁的持久性: 当浏览器关闭或崩溃时，锁会丢失。Web Locks API 并不提供持久化锁的机制。
3. 公平性: Web Locks API 并不保证锁的获取顺序的公平性。等待时间最长的请求可能不会最先获得锁。
4. 死锁风险: 如果不小心，可能会导致死锁。例如，两个标签页互相等待对方释放锁。
5. 性能开销: 获取和释放锁会带来一定的性能开销，尤其是在高并发的场景下。

最佳实践

• 尽量使用短时间的锁: 避免长时间持有锁，以减少其他请求的等待时间。
• 小心使用 steal 选项: 只有在必要时才使用 steal 选项，并确保了解其潜在的风险。
• 避免死锁: 设计锁的使用方式时，要避免出现死锁的情况。
• 进行错误处理: 始终进行错误处理，以应对锁获取失败的情况。
• 测试和监控: 在生产环境中，要进行充分的测试和监控，以确保锁机制的正常运行。

结束语

Web Locks API 就像一把瑞士军刀，虽然功能强大，但也要根据实际情况选择合适的工具。掌握了它，你就能在浏览器里玩转分布式锁，让你的 Web 应用更加健壮和可靠。今天的讲座就到这里，感谢大家的观看！ 咱们下期再见！