探讨 JavaScript 中的 Web Locks API 如何在 Web 环境中提供可靠的资源互斥访问机制。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位观众老爷，大家好！今天咱们来聊聊 JavaScript 里的一个神奇玩意儿：Web Locks API。这东西听起来高大上，但说白了，就是给 Web 应用程序提供一个靠谱的“锁”，保证多个页面或者 worker 在访问同一个资源的时候，不会乱套。

咱们先来设想一个场景：你正在开发一个在线协同编辑文档的应用，多个用户可以同时编辑同一份文档。如果没有一种机制来协调，用户 A 刚修改完一个段落，用户 B 也在同时修改同一个段落，那最后保存下来的内容肯定会乱七八糟，甚至数据丢失。这时候，Web Locks API 就能派上大用场了！

一、什么是 Web Locks API？

Web Locks API 允许我们在 Web 应用中请求和释放锁。锁可以用来保护任何类型的资源，比如浏览器存储（LocalStorage, IndexedDB）、网络请求、甚至是内存中的数据结构。

简单来说，你可以把锁想象成一把只能被一个人拿到的钥匙。如果一个页面（或者 worker）拿到了锁，其他页面就得乖乖等着，直到这个页面释放锁为止。这样就能保证同一时刻只有一个页面能够修改资源，从而避免冲突。

二、 Web Locks API 的核心概念

Web Locks API 主要涉及两个核心概念：

LockManager： 这是管理锁的中心枢纽。每个 window 和 worker 都有一个关联的 LockManager 对象，可以通过 navigator.locks 访问它。
Lock： 代表一个已经获得的锁。它包含锁的名称和模式（稍后会讲到）。

三、 Web Locks API 的基本用法

使用 Web Locks API 非常简单，主要涉及三个步骤：

请求锁： 使用 LockManager.request() 方法请求锁。
执行关键操作： 在获得锁之后，执行需要保护的关键操作。
释放锁： 在完成关键操作后，释放锁，让其他页面或者 worker 可以获取它。

下面是一个简单的例子，演示如何使用 Web Locks API 保护对 localStorage 的访问：

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('my-local-storage-lock', async lock => {
      // 关键操作：读取、修改、写入 localStorage
      let currentValue = localStorage.getItem(key) || 0;
      let newValue = parseInt(currentValue) + value;
      localStorage.setItem(key, newValue);

      console.log(`Updated ${key} to ${newValue}`);

      // 当 lock 回调函数执行完毕，锁会自动释放。
      // 或者你可以手动调用 lock.release() 释放锁 (不推荐).
    });
  } catch (error) {
    console.error('Failed to update localStorage:', error);
  }
}

// 在不同的页面或者 worker 中调用这个函数
updateLocalStorage('counter', 1);
updateLocalStorage('counter', 2);

在这个例子中，navigator.locks.request('my-local-storage-lock', ...) 尝试获取名为 'my-local-storage-lock' 的锁。如果锁当前没有被占用，那么回调函数会被执行。在这个回调函数中，我们执行了对 localStorage 的读取、修改和写入操作。当回调函数执行完毕，锁会自动释放。

四、锁的模式：Exclusive 和 Shared

Web Locks API 支持两种锁的模式：

Exclusive（独占锁）： 这是最常用的模式。只有当没有其他页面或者 worker 持有该锁时，才能获得独占锁。独占锁保证了在同一时刻，只有一个页面可以访问受保护的资源。
Shared（共享锁）： 允许多个页面或者 worker 同时持有该锁。只有当没有页面持有独占锁时，才能获得共享锁。共享锁通常用于允许多个页面同时读取资源，但只有一个页面可以修改资源的情况。

可以通过在 LockManager.request() 方法的第二个参数中指定 mode 选项来选择锁的模式：

// 请求独占锁
navigator.locks.request('my-resource-lock', { mode: 'exclusive' }, async lock => {
  // 执行独占访问资源的操作
});

// 请求共享锁
navigator.locks.request('my-resource-lock', { mode: 'shared' }, async lock => {
  // 执行共享访问资源的操作
});

五、锁的持久性：持久锁和普通锁

Web Locks API 还支持两种锁的持久性：

持久锁（Persistent Locks）： 当页面关闭时，锁会被自动释放，其他页面可以立即获取锁。这是默认行为.
普通锁（Non-Persistent Locks）： (事实上Web Locks API只有持久锁, 页面关闭自动释放)

在Web Locks API中，锁本身就是持久的，即使页面关闭或者崩溃，锁依然存在，直到主动释放或者浏览器重启。这意味着，即使一个页面意外崩溃，其他页面仍然无法获取该锁，除非等待浏览器自动清理过期锁（时间较长，不确定）。

这里需要强调一下，Web Locks API主要用于协调同一浏览器上下文中的不同页面或worker，并非设计用于跨设备或跨浏览器的进程间通信。

六、避免死锁

在使用 Web Locks API 时，一定要注意避免死锁。死锁是指两个或多个页面或者 worker 互相等待对方释放锁，导致所有页面都无法继续执行的情况。

以下是一些避免死锁的建议：

按顺序请求锁： 如果你需要同时获取多个锁，始终按照相同的顺序请求它们。这样可以避免循环依赖。
设置超时： 在请求锁时，可以设置一个超时时间。如果在超时时间内没有获得锁，就放弃请求，释放已经获得的锁，然后重试。
避免长时间持有锁： 尽量减少持有锁的时间。在完成关键操作后，尽快释放锁。

七、 Web Locks API 的兼容性

Web Locks API 的兼容性相对较好。大部分现代浏览器都支持它，包括 Chrome, Firefox, Safari 和 Edge。但是，仍然建议在使用之前检查浏览器的兼容性：

if ('locks' in navigator) {
  // Web Locks API is supported
  console.log('Web Locks API is supported!');
} else {
  // Web Locks API is not supported
  console.warn('Web Locks API is not supported!');
}

八、 Web Locks API 的应用场景

Web Locks API 可以用于各种需要协调多个页面或者 worker 访问共享资源的场景，例如：

在线协同编辑： 保护对文档的并发修改。
离线缓存： 协调对离线缓存的访问。
任务调度： 避免多个 worker 同时执行相同的任务。
数据同步： 确保数据在多个页面或者 worker 之间保持同步。
购物车锁定： 防止用户同时修改购物车信息，例如在电商网站上。

九、实用代码案例

以下是一些更复杂的例子，演示如何在实际项目中使用 Web Locks API：

案例 1：使用 Web Locks API 保护 IndexedDB 的访问

const DB_NAME = 'my-database';
const STORE_NAME = 'my-store';
const LOCK_NAME = 'indexeddb-lock';

async function updateIndexedDB(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request(LOCK_NAME, async lock => {
      const db = await openDatabase();
      const tx = db.transaction(STORE_NAME, 'readwrite');
      const store = tx.objectStore(STORE_NAME);

      const currentValue = await store.get(key);
      const newValue = (currentValue || 0) + value;
      await store.put(newValue, key);

      await tx.done;
      db.close();

      console.log(`Updated ${key} in IndexedDB to ${newValue}`);
    });
  } catch (error) {
    console.error('Failed to update IndexedDB:', error);
  }
}

async function openDatabase() {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const request = indexedDB.open(DB_NAME, 1);

    request.onerror = () => reject(request.error);
    request.onsuccess = () => resolve(request.result);

    request.onupgradeneeded = () => {
      const db = request.result;
      db.createObjectStore(STORE_NAME);
    };
  });
}

// 在不同的页面或者 worker 中调用这个函数
updateIndexedDB('counter', 1);
updateIndexedDB('counter', 2);

在这个例子中，我们使用 Web Locks API 来保护对 IndexedDB 数据库的访问。 updateIndexedDB() 函数尝试获取名为 'indexeddb-lock' 的锁，然后在获得锁之后，执行对 IndexedDB 数据库的读取、修改和写入操作。

案例 2：使用 Web Locks API 实现任务调度

const TASK_LOCK = 'task-lock';
let isTaskRunning = false;

async function runTask() {
  if (isTaskRunning) {
    console.log('Task is already running.');
    return;
  }

  try {
    await navigator.locks.request(TASK_LOCK, async lock => {
      isTaskRunning = true;
      console.log('Task started.');

      // 模拟耗时任务
      await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000));

      console.log('Task finished.');
      isTaskRunning = false;
    });
  } catch (error) {
    console.error('Failed to run task:', error);
    isTaskRunning = false;
  }
}

// 在不同的页面或者 worker 中调用这个函数
runTask();
runTask(); // 这个调用会被忽略，因为任务已经在运行

在这个例子中，我们使用 Web Locks API 来确保只有一个页面或者 worker 可以同时执行任务。 runTask() 函数尝试获取名为 'task-lock' 的锁，然后在获得锁之后，执行任务。 isTaskRunning 变量用来跟踪任务是否正在运行。如果任务已经在运行，那么后续的 runTask() 调用会被忽略。

十、 Web Locks API 的注意事项

锁的粒度： 选择合适的锁粒度非常重要。如果锁的粒度太粗，那么可能会导致不必要的阻塞。如果锁的粒度太细，那么可能会导致性能问题。
锁的竞争： 如果多个页面或者 worker 频繁地竞争同一个锁，那么可能会导致性能问题。可以考虑使用其他技术来减少锁的竞争，例如使用乐观锁或者无锁数据结构。
错误处理： 在使用 Web Locks API 时，一定要注意错误处理。如果在请求锁或者释放锁的过程中发生错误，那么可能会导致死锁或者其他问题。
跨域问题： Web Locks API 主要用于同一源下的页面之间的协调。跨域情况下的行为可能不一致或受限。

十一、 Web Locks API 的局限性

Web Locks API 并不是万能的，它也有一些局限性：

单浏览器上下文： Web Locks API 只能协调同一浏览器上下文中的页面和 worker。它不能协调不同浏览器或者设备之间的访问。
依赖浏览器支持： Web Locks API 依赖浏览器的支持。如果浏览器不支持 Web Locks API，那么就无法使用它。
无法保证实时性： Web Locks API 不能保证实时性。在请求锁和获得锁之间可能会有一定的延迟。
非强一致性： Web Locks API 提供的是最终一致性，而不是强一致性。也就是说，在获得锁之后，可能仍然需要一些时间才能保证数据在所有页面或者 worker 之间保持同步。
无法跨浏览器标签页同步状态 尽管锁本身是持久的，但页面关闭后，JavaScript状态（例如isTaskRunning变量）会丢失。如果需要跨标签页同步状态，还需结合其他机制，例如BroadcastChannel或SharedWorker。

十二、表格总结

特性	描述
核心概念	`LockManager` (锁管理器), `Lock` (锁)
锁模式	`exclusive` (独占锁), `shared` (共享锁)
持久性	默认持久锁 (页面关闭自动释放，但其他页面需等待浏览器清理过期锁)
主要方法	`navigator.locks.request(name, options, callback)`
应用场景	在线协同编辑, 离线缓存, 任务调度, 数据同步，购物车锁定
注意事项	避免死锁, 选择合适的锁粒度, 错误处理, 锁竞争
局限性	单浏览器上下文, 依赖浏览器支持, 无法保证实时性,非强一致性，无法跨标签页同步状态

十三、总结

总的来说，Web Locks API 是一个非常有用的工具，可以帮助我们在 Web 应用中实现可靠的资源互斥访问机制。它可以用于各种需要协调多个页面或者 worker 访问共享资源的场景。但是，在使用 Web Locks API 时，一定要注意避免死锁，并选择合适的锁粒度。

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解 Web Locks API。谢谢大家！

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