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

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 = electorelector.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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