ServiceWorker架构：高效令牌与网络同步解析

学习文章要努力，但是不要急！今天的这篇文章《Service Worker架构：高效令牌与网络同步实现》将会介绍到等等知识点，如果你想深入学习文章，可以关注我！我会持续更新相关文章的，希望对大家都能有所帮助！

本文探讨了在Service Worker中高效管理认证令牌的策略，特别是如何处理令牌的周期性更新以及确保所有网络请求都能同步获取并使用最新令牌。核心方案是利用JavaScript Promise的特性，通过替换Promise对象而非修改其状态，实现请求的等待与令牌的动态更新，并提供了健壮的错误处理机制。

在现代Web应用中，尤其是在渐进式Web应用（PWA）或使用Trusted Web Activity (TWA) 的原生应用场景下，Service Worker扮演着关键角色。它不仅能提供离线能力，还能拦截和处理网络请求，从而成为集中管理认证令牌的理想场所。然而，当认证令牌需要周期性更新时，如何确保所有并发的网络请求都能获取到最新的令牌，并且在令牌更新过程中能够优雅地等待，是一个需要精心设计的挑战。

挑战：Service Worker中的令牌管理与请求同步

设想一个场景：你的Web应用依赖于一个具有生命周期的认证令牌，该令牌每隔一定时间（例如15分钟）需要刷新。Service Worker负责：

1. 首次启动时获取令牌并存储。
2. 拦截所有出站网络请求，并为它们附加此令牌。
3. 令牌过期前，周期性地刷新令牌。
4. 最重要的是，在令牌刷新期间，所有新的网络请求都必须等待新令牌的到来，然后才能继续执行，并使用这个新令牌。

最初，开发者可能会考虑使用某种“可变Promise”或Proxy对象来实现Promise的动态更新。然而，Promise一旦被resolve或reject，其状态就不可改变。试图直接修改一个已完成的Promise是徒劳的。解决方案的关键在于理解：我们不需要修改Promise本身，而是需要替换存储Promise的变量。

解决方案：基于Promise的令牌刷新与请求同步

核心思路是维护一个指向当前有效令牌Promise的变量。当需要刷新令牌时，我们创建一个新的Promise来代表令牌获取过程，并用这个新Promise替换掉旧的变量。所有依赖令牌的网络请求都将await这个变量所指向的Promise。

1. 令牌获取函数

首先，定义一个异步函数来负责实际的令牌获取逻辑。这个函数应该返回一个Promise，该Promise在令牌成功获取后解析为令牌字符串。

/**
 * 模拟异步获取认证令牌的函数。
 * 实际应用中会包含API调用、错误处理等逻辑。
 * @returns {Promise<string>} 解析为认证令牌字符串的Promise。
 */
async function fetchAuthToken() {
  console.log("正在获取新的认证令牌...");
  // 模拟网络请求延迟
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
  const newToken = "Bearer_New_Auth_Token_" + Date.now();
  console.log("令牌获取成功:", newToken);
  return newToken;
}

2. 令牌 Promise 管理

我们需要一个变量来存储当前的令牌Promise。在Service Worker启动时初始化它，并在令牌需要刷新时更新它。

let currentTokenPromise = null; // 用于存储当前认证令牌的Promise

/**
 * 初始化或刷新认证令牌。
 * 该函数会更新 currentTokenPromise 变量。
 */
async function initializeOrRefreshToken() {
  console.log("开始初始化/刷新令牌...");
  currentTokenPromise = fetchAuthToken(); // 创建一个新的Promise并赋值
  try {
    await currentTokenPromise; // 等待令牌获取完成
    console.log("令牌已准备就绪或已刷新。");
  } catch (error) {
    console.error("令牌获取失败:", error);
    // 错误处理：将 currentTokenPromise 设置为 null，以便后续请求可以触发重试
    currentTokenPromise = null;
    // 可以在这里实现更复杂的错误重试逻辑
  }
}

// Service Worker启动时立即获取令牌
initializeOrRefreshToken();

// 设置定时器，每15分钟刷新一次令牌
const TOKEN_REFRESH_INTERVAL = 15 * 60 * 1000; // 15分钟
setInterval(() => {
  console.log("定时刷新令牌触发...");
  initializeOrRefreshToken();
}, TOKEN_REFRESH_INTERVAL);

3. 网络请求集成

现在，任何需要认证令牌的网络请求都可以简单地await currentTokenPromise。如果currentTokenPromise已经解决，请求将立即获取令牌；如果它仍在等待令牌获取或刷新，请求将自动暂停，直到Promise解决。

/**
 * 发送一个需要认证令牌的网络请求。
 * @param {RequestInfo} input - 请求的URL或Request对象。
 * @param {RequestInit} [init] - 请求的选项。
 * @returns {Promise<Response>} 响应Promise。
 */
async function sendAuthenticatedRequest(input, init = {}) {
  // 如果 currentTokenPromise 为 null，说明令牌尚未初始化或上次获取失败，
  // 此时应尝试重新初始化令牌。这提供了首次失败后的重试机制。
  if (!currentTokenPromise) {
    console.warn("currentTokenPromise 为空，尝试重新初始化令牌...");
    await initializeOrRefreshToken(); // 尝试重新获取令牌
    // 如果 initializeOrRefreshToken 再次失败，currentTokenPromise 仍为 null，
    // 此时 await currentTokenPromise 将不会阻塞，而是直接执行下一步，
    // 导致请求在没有令牌的情况下发送或抛出错误。
    // 更好的做法是让 initializeOrRefreshToken 抛出错误，或返回一个拒绝的Promise。
    if (!currentTokenPromise) {
      throw new Error("无法获取认证令牌，请求无法发送。");
    }
  }

  const token = await currentTokenPromise; // 等待令牌可用
  console.log("使用令牌发送请求:", token);

  // 克隆请求头并添加认证信息
  const headers = new Headers(init.headers);
  headers.set('Authorization', token);

  return fetch(input, { ...init, headers });
}

// 示例：在Service Worker中拦截fetch事件并使用上述函数
self.addEventListener('fetch', event => {
  // 假设只有特定的API请求需要认证
  if (event.request.url.startsWith('/api/')) {
    event.respondWith(sendAuthenticatedRequest(event.request));
  } else {
    event.respondWith(fetch(event.request));
  }
});

// 模拟客户端发起请求
async function clientSideRequestExample() {
  try {
    console.log("客户端发起请求...");
    const response = await fetch('/api/data'); // 客户端通过Service Worker发送请求
    const data = await response.json();
    console.log("请求成功，数据:", data);
  } catch (error) {
    console.error("请求失败:", error);
  }
}

// 可以在 Service Worker 内部模拟调用，或者通过 postMessage 从主线程触发
// clientSideRequestExample();

错误处理与健壮性考虑

上述方案已经包含了基本的错误处理，即在fetchAuthToken失败时将currentTokenPromise重置为null，并在下次sendAuthenticatedRequest调用时触发initializeOrRefreshToken进行重试。然而，这仍有改进空间：

1. 拒绝的Promise： 如果fetchAuthToken失败，它会返回一个拒绝的Promise。currentTokenPromise将存储这个拒绝的Promise。这意味着后续所有await currentTokenPromise的请求都会立即抛出错误，直到下一次定时刷新或手动重试成功。这在某些情况下可能是期望的行为，但在其他情况下可能需要更精细的控制。
2. 重试策略： 当initializeOrRefreshToken失败时，简单地将currentTokenPromise设置为null并等待下一次请求触发重试，可能会导致短时间内大量请求失败。可以考虑实现指数退避（exponential backoff）等更复杂的重试机制，或者在initializeOrRefreshToken内部进行多次重试。
3. 避免死锁： 确保fetchAuthToken本身不会依赖于sendAuthenticatedRequest，以避免循环依赖和潜在的死锁。令牌获取通常是一个独立的网络请求，不应被Service Worker的拦截逻辑所影响。
4. Service Worker生命周期： Service Worker可能会在不活动一段时间后被浏览器终止。当它重新启动时，currentTokenPromise会重置，initializeOrRefreshToken将再次被调用。这与我们的设计是兼容的。

总结

通过简单地替换存储Promise的变量，而不是试图修改Promise本身，我们可以优雅地解决Service Worker中认证令牌的动态更新和网络请求同步问题。这种方法利用了JavaScript Promise的内置特性，使得代码简洁、逻辑清晰。结合健壮的错误处理和重试机制，可以构建一个高效且可靠的Service Worker令牌管理系统，从而提升Web应用的性能和用户体验。

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