关于javascript:IndexedDB-代码封装性能摸索以及多标签支持

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前言

当一个 Javascript 程序须要在浏览器端存储数据时,你有以下几个抉择:

  • Cookie:通常用于 HTTP 申请,并且有 64 kb 的大小限度。
  • LocalStorage:存储 key-value 格局的键值对,通常有 5MB 的限度。
  • WebSQL:并不是 HTML5 规范,已被废除。
  • FileSystem & FileWriter API:兼容性极差,目前只有 Chrome 浏览器反对。
  • IndexedDB:是一个 NOSQL 数据库,能够异步操作,反对事务,可存储 JSON 数据并且用索引迭代,兼容性好。

很显著,只有 IndexedDB 实用于做大量的数据存储。然而间接应用 IndexedDB 也会碰到几个问题:

  • IndexedDB API 基于事务,偏差底层,操作繁琐,须要简化封装。
  • IndexedDB 性能瓶颈次要在哪儿?
  • IndexedDB 在 浏览器多 tab 页的状况下可能会对同一条数据记录进行屡次操作。

本篇文章将联合笔者的实践经验,就以上问题来进行相干摸索。

Log 日志存储场景

有这样一个场景,客户端产生大量的日志并寄存若干日志。在产生某些谬误时(或者长连贯失去服务器的指令时)可拉取本地全副日志内容并发申请上报。

如图所示:

这是一个很好的设计到了 IndexedDB CRUD 场景的操作,在这里,咱们只关注 IndexedDB 存储这部分。有对于 IndexedDB 的根底概念,如仓库 IDBObjectStore、索引 IDBIndex、游标 IDBCursor、事务 IDBTransaction,限于篇幅请参照 IndexedDB-MDN

创立数据库

咱们晓得 IndexedDB 是事务驱动的,关上一个数据库 db_test,创立 store log,并以 time 为索引。


class Database {constructor(options = {}) {if (typeof indexedDB === 'undefined') {throw new Error('indexedDB is unsupported!')
      return
    }
    this.name = options.name
    this.db = null
    this.version = options.version || 1
  }

  createDB () {return new Promise((resolve, reject) => {
      // 为了本地调试,数据库先删除后建设
      indexedDB.deleteDatabase(this.name);
      const request = indexedDB.open(this.name);
      // 当数据库降级时,触发 onupgradeneeded 事件。// 降级是指该数据库首次被创立,或调用 open() 办法时指定的数据库的版本号高于本地已有的版本。request.onupgradeneeded = () => {
        const db = request.result;
        window.db = db
        console.log('db onupgradeneeded')
        // 在这里创立 store
        this.createStore(db)
      };

      // 关上胜利的回调函数
      request.onsuccess = () => {resolve(request.result)
        this.db = request.result
      };
      // 关上失败的回调函数
      request.onerror = function(event) {reject(event)
      }
    })
  }

  createStore(db) {if (!db.objectStoreNames.contains('log')) {
      // 创立表
      const objectStore = db.createObjectStore('log', {
        keyPath: 'id',
        autoIncrement: true
      });
      // time 为索引
      objectStore.createIndex('time', 'time');
    }
  }
}

调用语句如下:


(async function() {const database = new Database({ name: 'db_test'})
  await database.createDB()
  console.log(database)
  // Database {name: 'db_test', db: IDBDatabase, version: 1}
  //   db: IDBDatabase
  //     name: "db_test"
  //     objectStoreNames: DOMStringList {0: 'log', length: 1}
  //     onabort: null
  //     onclose: null
  //     onerror: null
  //     onversionchange: null
  //     version: 1
  //     [[Prototype]]: IDBDatabase
  //   name: "db_test"
  //   version: 1
  //   [[Prototype]]: Object
})()

增删改操作

当日志插入一条数据,咱们须要提交一个事务,事务里对 store 进行 add 操作。

const db = window.db;
const transaction = db.transaction('log', 'readwrite')
const store = transaction.objectStore('log')

const storeRequest = store.add(data);

storeRequest.onsuccess = function(event) {console.log('add onsuccess, affect rows', event.target.result);
  resolve(event.target.result)
};

storeRequest.onerror = function(event) {reject(event);
};

因为每次的增删改查都须要关上一个 transaction,这样的调用未免显得繁琐,咱们须要一些步骤来简化,提供 ES6 promise 模式的 API。

class Database {
  // ... 省略关上数据库的过程
  // constructor(options = {}) {}
  // createDB() {}
  // createStore() {}
  add (data) {return new Promise((resolve, reject) => {
      const db = this.db;
      const transaction = db.transaction('log', 'readwrite')
      const store = transaction.objectStore('log')
      const request = store.add(data);

      request.onsuccess = event => resolve(event.target.result);
      request.onerror = event => reject(event);
    })
  }
  put (data) {return new Promise((resolve, reject) => {
      const db = this.db;
      const transaction = db.transaction('log', 'readwrite')
      const store = transaction.objectStore('log')
      const request = store.put(data);

      request.onsuccess = event => resolve(event.target.result);
      request.onerror = event => reject(event);
    })
  }
  // delete
  delete (id) {return new Promise((resolve, reject) => {
      const db = this.db;
      const transaction = db.transaction('log', 'readwrite')
      const store = transaction.objectStore('log')
      const request = store.delete(id)

      request.onsuccess = event => resolve(event.target.result);
      request.onerror = event => reject(event);
    })
  }
}

调用代码如下:


(async function() {const db = new Database({ name: 'db_test'})
  await db.createDB()
  
  const row1 = await db.add({time: new Date().getTime(), body: 'log 1'})
  // {id: 1, time: new Date().getTime(), body: 'log 2'}

  await db.add({time: new Date().getTime(), body: 'log 2'})

  await db.put({id: 1, time: new Date().getTime(), body: 'log AAAA'})

  await db.delete(1)
})()

查问

查问有很多种状况,常见的 ORM 里提供范畴查问和索引查问两种办法,范畴查问中还能够分页查问。在 IndexedDB 中咱们简化为 getByIndex。

查问须要应用到 IDBCursor 游标和 IDBIndex 索引。

class Database {
  // ... 省略关上数据库的过程
  // constructor(options = {}) {}
  // createDB() {}
  // createStore() {}
  
  // 查问第一个 value 相匹对的值
  get (value, indexName) {return new Promise((resolve, reject) => {
      const db = this.db;
      const transaction = db.transaction('log', 'readwrite')
      const store = transaction.objectStore('log')
      let request
      // 有索引则关上索引来查找,无索引则当作主键查找
      if (indexName) {let index = store.index(indexName);
        request = index.get(value)
      } else {request = store.get(value)
      }

      request.onsuccess = evt => evt.target.result ?
        resolve(evt.target.result) : resolve(null)
      request.onerror = evt => reject(evt)
    });
  }

  /**
   * 条件查问,带分页
   * 
   * @param {string} keyPath 索引名称
   * @param {string} keyRange 索引对象
   * @param {number} offset 分页偏移量
   * @param {number} limit 分页页码
   */
  getByIndex (keyPath, keyRange, offset = 0, limit = 100) {return new Promise((resolve, reject) => {
      const db = this.db;
      const transaction = db.transaction('log', 'readonly')
      const store = transaction.objectStore('log')
      const index = store.index(keyPath)
      let request = index.openCursor(keyRange)
      const result = []
      request.onsuccess = function (evt) {
        let cursor = evt.target.result
        // 偏移量大于 0,代表须要跳过一些记录
        if (offset > 0) {cursor.advance(offset);
        }
        if (cursor && limit > 0) {console.log(1)
          result.push(cursor.value)
          limit = limit - 1
          cursor.continue()} else {
          cursor = null
          resolve(result)
        }
      }
      request.onerror = function (evt) {console.err('getLogByIndex onerror', evt)
        reject(evt.target.error)
      }

      transaction.onerror = function(evt) {reject(evt.target.error)
      };
    })
  }
}

(async function() {const db = new Database({ name: 'db_test'})
  await db.createDB()
  
  await db.add({time: new Date().getTime(), body: 'log 1'})
  // {id: 1, time: new Date().getTime(), body: 'log 2'}

  await db.add({time: new Date().getTime(), body: 'log 2'})

  const time = new Date().getTime()

  await db.put({id: 1, time: time, body: 'log AAAA'})

  await db.add({time: new Date().getTime(), body: 'log 3'})

  // 查问最小是这个工夫的的记录
  const test = await db.getByIndex('time', IDBKeyRange.lowerBound(time))
  // multi index query
  // await db.getByIndex('time, test_id', IDBKeyRange.bound([0, 99],[Date.now(), 2100]);)

  console.log(test)
  // 0: {id: 1, time: 1648453268858, body: 'log AAAA'}
  // 1: {time: 1648453268877, body: 'log 3', id: 3}
})()

查问当然还有更多可能,比方查问一张表全副的数据,或者是 count 获取这张表的记录数量等,留待读者们自行扩大。

优化

咱们须要将 Model 和 Database 拆开来,上文 createDB 的时候做一些改良,相似 ORM 一样提供映射,以及根底的增删改查办法。

class Database {constructor(options = {}) {if (typeof indexedDB === 'undefined') {throw new Error('indexedDB is unsupported!')
    }
    this.name = options.name
    this.db = null
    this.version = options.version || 1
    // this.upgradeFunction = option.upgradeFunction || function () {}
    this.modelsOptions = options.modelsOptions
    this.models = {}}

  createDB () {return new Promise((resolve, reject) => {indexedDB.deleteDatabase(this.name);
      const request = indexedDB.open(this.name);
      // 当数据库降级时,触发 onupgradeneeded 事件。降级是指该数据库首次被创立,或调用 open() 办法时指定的数据库的版本号高于本地已有的版本。request.onupgradeneeded = () => {
        const db = request.result;

        console.log('db onupgradeneeded')

        Object.keys(this.modelsOptions).forEach(key => {this.models[key] = new Model(db, key, this.modelsOptions[key])
        })
      };

      // 关上胜利
      request.onsuccess = () => {console.log('db open onsuccess')
        console.log('addLog, deleteLog, clearLog, putLog, getAllLog, getLog')
        resolve(request.result)
        this.db = request.result
      };
      // 关上失败
      request.onerror = function(event) {console.log('db open onerror', event);
        reject(event)
      }
    })
  }
}

class Model {constructor(database, tableName, options) {
    this.db = database
    this.tableName = tableName

    if (!this.db.objectStoreNames.contains(tableName)) {
      const objectStore = this.db.createObjectStore(tableName, {
        keyPath: options.keyPath,
        autoIncrement: options.autoIncrement || false
      });
      options.index && Object.keys(options.index).forEach(key => {objectStore.createIndex(key, options.index[key]);
      })
    }
  }

  add(data) {// ... 省略上文的 add 函数}
  delete(id) {// ... 省略}
  put(data) {// ... 省略}
  getByIndex(keyPath, keyRange) {// ... 省略}
  get(indexName, value) {// ... 省略}
}

调用如下:

(async function() {
  const db = new Database({
    name: 'db_test',
    modelsOptions: {
      log: {
        keyPath: 'id',
        autoIncrement: true,
        rows: {
          id: 'number',
          time: 'number',
          body: 'string',
        },
        index: {time: 'time'}
      }
    }
  })
  await db.createDB()

  await db.models.log.add({time: new Date().getTime(), body: 'log 1'})
  
  await db.models.log.add({time: new Date().getTime(), body: 'log 2'})
  
  await db.models.log.get(null, 1)

  const time = new Date().getTime()

  await db.models.log.put({id: 1, time: time, body: 'log AAAA'})

  await db.models.log.getByIndex('time', IDBKeyRange.only(time))
})()

当然这只是一个很简陋的模型,它还有一些有余。比方查问时,开发者调用时不须要接触 IDBKeyRange,相似是 sequelize 格调的,映射为 time: {$gt: new Date().getTime()},用 $gt 来代替 IDBKeyRange.lowerbound。

批量操作

值得一提的,IndexedDB 的操作性能和提交给它的事务多少有着严密的关系,举荐尽可能应用批量插入。

批量操作,能够采取事件委托来防止产生许多的 request 的 onsuccess、onerror 事件。

class Model {
  // ... 省略 construct

  bulkPut(datas) {if (!(datas && datas.length > 0)) {return Promise.reject(new Error('no data'))
    }
    return new Promise((resolve, reject) => {
      const db = this.db;
      const transaction = db.transaction('log', 'readwrite')
      const store = transaction.objectStore('log')

      datas.forEach(data => store.put(data))

      // Event delegation
      // IndexedDB events bubble: request → transaction → database.
      transaction.oncomplete = function() {console.log('add transaction complete'); 
        resolve()};
      transaction.onabort = function (evt) {console.error('add transaction onabort', evt);
        reject(evt.target.error)
      }
    })
  }
}

性能摸索

IndexedDB 的插入耗时与提交给它的事务数量有显著的关联。咱们设置一组对照试验:

  • 提交 1000 个事务,每个事务插入 1 条数据。
  • 提交 1 个事务,事务中插入 1000 条数据。

测试代码如下:


const promises = []
for (let index = 0; index < 1000; index++) {promises.push(db.models.log.add({time: new Date().getTime(), body: `log ${index}` }))
}
console.time('promises')
Promise.all(promises).then(() => {console.timeEnd('promises')
})
// promises: 20837.403076171875 ms
const arr = []
for (let index = 0; index < 1000; index++) {arr.push({time: new Date().getTime(), body: `log ${index}` })
}
console.time('promises')
await db.models.log.bulkPut(arr)
console.timeEnd('promises')
// promises: 250.491943359375 ms

缩小事务提交十分重要,以至于须要有大量存入的操作时,都举荐日志在内存中尽可能合并下,再批量写入。

值得一提的是,body 在下面的对照试验中只写入了个位数的字符,假如每次写 5000 个字符,批量写入的工夫也只是从 250ms 晋升到 300ms,晋升的并不显著。

让咱们再来比照一组状况,咱们会提交 1 个事务,插入 1000 条数据,在 0 到 500 万存量数据间进行测试,咱们失去以下数据:

for (let i = 0; i < 10000; i++) {let date = new Date()
  let datas = []
  for (let j = 0; j < 1000; j++) {datas.push({ time: new Date().getTime(), body: `log ${j}`})
  }
  await db.models.log.bulkPut(datas)
  datas = []

  if (i === 10 || i === 50
    || i === 100 || i === 500 || i === 1000 || i === 2000
    || i === 5000) {console.warn(`success for bulkPut ${i}: `, new Date() - date)
  } else {console.log(`success for bulkPut ${i}:  `, new Date() - date)
  }
  
}

// success for bulkPut 10:  283
// success for bulkPut 50:  310
// success for bulkPut 100:  302
// success for bulkPut 500:  296
// success for bulkPut 1000:  290
// success for bulkPut 2000:  150
// success for bulkPut 5000:  201

上文数据表明稳定并不大,给出论断在 500w 的数据范畴内,插入耗时没有显著的晋升。当然查问取决的因素更多,其耗时留待读者们自行验证。

多 tab 操作雷同数据的状况

对于 IndexedDB 来说,它只负责接管一个又一个的事务进行解决,而不论这些事务是从哪个 tab 页提交来的,就可能会产生多个 tab 页的 JS 程序往数据库里试图操作同一条数据的状况。

拿咱们的 db 来举例,若咱们批改创立 store 时的索引 time 为:

objectStore.createIndex('time', 'time', { unique: true});

同时关上 3 个 tab,每个 tab 都是每 20ms 往数据库里写入一份数据,大概率会呈现 error,解决这个问题的现实办法是 SharedWorker API,SharedWorker 相似于 WebWorker,不同点在于 SharedWorker 能够在多个上下文之间共享。咱们能够在 SharedWorker 中创立数据库,所有浏览器的 tab 都能够向 Worker 申请数据,而不是本人建设数据库连贯。

遗憾的是 SharedWorker API 在 Safari 中无奈反对,没有 polyfill。作为取代,咱们能够应用 BroadcastChannel API,他能够在多 tab 间通信,选举出一个 leader,容许 leader 领有写入数据库的能力,而其余 tab 只能读不能写。

上面是一个 leader 选举过程的简略代码,参照自 broadcast-channel。

class LeaderElection {constructor(name) {this.channel = new BroadcastChannel(name)
    // 是否曾经存在 leader
    this.hasLeader = false
    // 是否本人作为 leader
    this.isLeader = false

    // token 数,用于无 leader 时同时有多个 apply 的状况,来比对 maxTokenNumber 确定最大的作为 leader
    this.tokenNumber = Math.random()
    // 最大的 token,用于无 leader 时同时有多个 apply 的状况,来选举一个最大的作为 leader
    this.maxTokenNumber = 0
    this.channel.onmessage = (evt) => {console.log('channel onmessage', evt.data)
      const action = evt.data.action
      switch (action) {
        // 收到申请回绝,或者是其他人已成为 leader 的宣告,则标记 this.hasLeader = true
        case 'applyReject':
          this.hasLeader = true
          break;
        case 'leader':
          // todo,可能会产生另一个 leader
          this.hasLeader = true
          break;
        // leader 已死亡,则须要从新推举
        case 'death':
          this.hasLeader = false
          this.maxTokenNumber = 0
          // this.awaitLeadership()
          break;
        // leader 已死亡,则须要从新推举
        case 'apply':
          if (this.isLeader) {this.postMessage('applyReject')
          } else if (this.hasLeader) {} else if (evt.data.tokenNumber > this.maxTokenNumber) {
            // 还没有 leader 时,若本人 tokenNumber 比拟小,那么记录 maxTokenNumber,// 将在 applyOnce 的过程中,撤销成为 leader 的申请。this.maxTokenNumber = evt.data.tokenNumber
          }
          break;
        default:
          break;
      }
    }
  }
  awaitLeadership() {return new Promise((resolve) => {const intervalApply = () => {return this.sleep(4000)
          .then(() => {return this.applyOnce()
          })
          .then(() => resolve())
          .catch(() => intervalApply())
      }
      this.applyOnce()
        .then(() => resolve())
        .catch(err => intervalApply())
    })
  }
  applyOnce(timeout = 1000) {return this.postMessage('apply').then(() => this.sleep(timeout))
      .then(() => {if (this.isLeader) {return}
        if (this.hasLeader === true || this.maxTokenNumber > this.tokenNumber) {throw new Error()
        }
        return this.postMessage('apply').then(() => this.sleep(timeout))
      })
      .then(() => {if (this.isLeader) {return}
        if (this.hasLeader === true || this.maxTokenNumber > this.tokenNumber) {throw new Error()
        }
        // 两次尝试后无人阻止,晋升为 leader
        this.beLeader()})
    
  }
  beLeader () {this.postMessage('leader')
    this.isLeader = true
    this.hasLeader = true
    clearInterval(this.timeout)
    window.addEventListener('beforeunload', () => this.die());
    window.addEventListener('unload', () => this.die());
  }
  die () {
    this.isLeader = false
    this.hasLeader = false
    this.postMessage('death')
  }
  postMessage(action) {return new Promise((resolve) => {
      this.channel.postMessage({
        action,
        tokenNumber: this.tokenNumber
      })
      resolve()})
  }
  sleep(time) {if (!time) time = 0;
    return new Promise(res => setTimeout(res, time));
  }
}

调用代码如下:

const elector = new LeaderElection('test_channel')
window.elector = elector
elector.awaitLeadership().then(() => {document.title = 'leader!'})

成果如 broadcast-channel 这样:

总结

在浏览器中离线寄存大量数据,咱们目前只能应用 IndexedDB,应用 IndexedDB 会碰到几个问题:

  • IndexedDB API 基于事务,偏差底层,操作繁琐,须要做个封装。
  • IndexedDB 性能最大的瓶颈在于事务数量,应用时留神缩小事务的提交。
  • IndexedDB 并不在意事务是从哪个 tab 页提交,浏览器多 tab 页的状况下可能会对同一条数据记录进行屡次操作,能够选举一个 leader 才容许写入,躲避这个问题。

本仓库应用代码见 github:https://github.com/everlose/i…

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正文完
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