Борьба с гонками (race conditions) в JavaScript на примере работы с кешем
Рассмотрим следующую задачу. Нам необходимо делать вызовы стороннего API, которые считаются дорогими, и, следовательно, их необходимо кешировать в Redis. Мы используем современный NodeJS (версии 14+), а значит и конструкции async / await.
Напишем сначала класс обертку над вызовом API, где сам вызов будем эмулировать 2-секундным таймаутом.
class ApiWrapper {
#callTimes = 0;
async apiCall(payload) {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(() => {
this.#callTimes++;
resolve(`success: ${payload}`)
}, 2000);
})
}
get callTimes() {
return this.#callTimes;
}
}
const run = async () => {
const api = new ApiWrapper();
// эмулируем параллельный вызов API 4 раза
const prDirect = await Promise.all([api.apiCall('test'), api.apiCall('test'), api.apiCall('test'), api.apiCall('test')]);
console.log(prDirect); // => ['success: test', 'success: test', 'success: test', 'success: test']
console.log(apiCache.callTimes); // => 4
}
run();
Я специально добавил в класс счетчик вызовов callTimes - он показывает сколько раз мы вызвали метод API. В данном примере у нас 4 прямых вызова.
Теперь добавим к коду кеширование в Redis. Для этого будем использовать пакет redis@next.
Код с кеширующим методом cachedApiCall
class ApiWrapper {
#client;
#callTimes = 0;
constructor(url) {
// создаем клиента Redis
this.#client = createClient({
url
});
}
async init() {
// Подключаемся к Redis
await this.#client.connect();
}
async apiCall(payload) {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(() => {
this.#callTimes++;
resolve(`success: ${payload}`)
}, 2000);
})
}
async cachedApiCall(payload) {
let data = await this.#client.get(payload);
if (data === null) {
// cache for 5 minutes
data = await this.apiCall(payload);
await this.#client.set(payload, data, {
EX: 60 * 5
});
}
return data;
}
get callTimes() {
return this.#callTimes;
}
}
const run = async () => {
const api = new ApiWrapper('redis://10.250.200.9:6379/6');
await api.init();
const prCached = await Promise.all([api.cachedApiCall('test'), api.cachedApiCall('test'), api.cachedApiCall('test'), api.cachedApiCall('test')]);
console.log(prCached); // => ['success: test', 'success: test', 'success: test', 'success: test']
console.log(api.callTimes); // => 4
}
Несмотря на то, что мы вызываем cachedApiCall, наш счетчик вызовов API всё равно показывает цифру 4. Это происходит из-за особенностей работы async / await.
Давайте детальней рассмотрим кеширующий метод. Я его написал так, как если бы я работал с синхронным кодом.
async cachedApiCall(payload) {
// получаем данные из кеша
let data = await this.#client.get(payload);
// если данных нет, то вызываем API и кладем в кеш
if (data === null) {
// cache for 5 minutes
data = await this.apiCall(payload);
await this.#client.set(payload, data, {
EX: 60 * 5
});
}
return data;
}
В коде, при обращении к асинхронным методам, я использовал await. Следовательно, как только исполнение первого вызова cachedApiCall дойдет до этой строки оно прервется, и начнет работать следующий параллельный вызов (а у нас их 4). Так будет происходить на каждом вызове await. Если бы наше обращение к cachedApiCall не вызывалось параллельно, то проблемы бы в таком коде не было. Но при параллельном вызове мы нарвались на состояние гонки. Все 4 вызова соревнуются внутри метода, и в итоге мы имеем 4 запроса на получения значения кеша, 4 вызова API, и 4 вызова на установку значения кеша.
Как можно решить такую проблему? Нужно куда-то спрятать await, например во вложенной фукнции, а сам вызов вложенной функции кешировать в памяти на время работы основой функции.
Выглядеть это будет вот так:
async cachedApiCall(payload) {
// тут мы спраятали прошлый код во вложенную функцию getOrSet
const getOrSet = async payload => {
let data = await this.#client.get(payload);
if (data === null) {
// cache for 5 minutes
data = await this.apiCall(payload);
await this.#client.set(payload, data, {
EX: 60 * 5
});
}
return data;
}
// во временном кеше на время работы функции мы храним промисы
// если находясь тут у нас есть значение в tempCache, то мы словили
// параллельный вызов
if (typeof this.#tempCache[payload] !== 'undefined')
return this.#tempCache[payload];
// конструкция try - finally нам позволяет почистить за собой при
// любом исходе
try {
// помещаем во временный кеш промис
this.#tempCache[payload] = getOrSet(payload);
// используем await, чтобы все параллельные вызовы сюда зашли
return await this.#tempCache[payload];
} finally {
delete this.#tempCache[payload];
}
}
Теперь, при параллельном вызове cachedApiCall все получат один и тот же промис, а значит вызовы к Redis и к нашему API произойдут всего 1 раз.
Боролись ли вы в своих JavaScript проектах с состоянием гонки и какие подходы вы применяли?