面试题：Node.js 文件系统元数据一致性维护及优化

维护文件系统元数据一致性的策略

锁机制：
- 文件锁：利用Node.js的fs模块中的文件锁功能，如fs.open的flags参数设置为'w'（写模式）或'r+'（读写模式），并配合fs.fsync确保数据写入磁盘。当一个进程获取到文件锁时，其他进程必须等待锁释放才能进行操作。
- 示例代码：

const fs = require('fs');
const path = require('path');

const filePath = path.join(__dirname, 'test.txt');
// 打开文件并获取锁
fs.open(filePath, 'w', (err, fd) => {
    if (err) throw err;
    fs.writeSync(fd, 'Some data');
    fs.fsyncSync(fd);
    fs.closeSync(fd);
});

队列机制：
- 建立一个任务队列，所有对文件系统元数据的操作都加入队列。Node.js的事件驱动特性使得可以高效地处理队列任务。一个进程从队列中取出任务依次执行，这样避免了并发操作带来的不一致问题。
- 伪代码：

const taskQueue = [];
function enqueueTask(task) {
    taskQueue.push(task);
    processNextTask();
}
function processNextTask() {
    if (taskQueue.length === 0) return;
    const task = taskQueue.shift();
    task(() => {
        processNextTask();
    });
}
// 任务示例
function metadataWriteTask(data, callback) {
    const fs = require('fs');
    const path = require('path');
    const filePath = path.join(__dirname,'metadata.txt');
    fs.writeFile(filePath, data, err => {
        if (err) throw err;
        callback();
    });
}
// 使用示例
enqueueTask(() => metadataWriteTask('new metadata', () => {}));

事务机制：
- 模仿数据库事务的概念，将对文件系统元数据的一系列操作包装成一个事务。在事务开始时，记录当前元数据状态，执行操作过程中，若出现错误则回滚到初始状态。Node.js的非阻塞I/O可以在事务中高效地处理多个异步操作。
- 伪代码：

class MetadataTransaction {
    constructor() {
        this.operations = [];
        this.initialState = null;
    }
    addOperation(operation) {
        this.operations.push(operation);
    }
    async execute() {
        try {
            this.initialState = await this.getInitialState();
            for (const operation of this.operations) {
                await operation();
            }
        } catch (err) {
            await this.rollback();
            throw err;
        }
    }
    async getInitialState() {
        const fs = require('fs');
        const path = require('path');
        const filePath = path.join(__dirname,'metadata.txt');
        return new Promise((resolve, reject) => {
            fs.readFile(filePath, 'utf8', (err, data) => {
                if (err) reject(err);
                resolve(data);
            });
        });
    }
    async rollback() {
        if (!this.initialState) return;
        const fs = require('fs');
        const path = require('path');
        const filePath = path.join(__dirname,'metadata.txt');
        return new Promise((resolve, reject) => {
            fs.writeFile(filePath, this.initialState, err => {
                if (err) reject(err);
                resolve();
            });
        });
    }
}
// 使用示例
const transaction = new MetadataTransaction();
transaction.addOperation(() => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        const fs = require('fs');
        const path = require('path');
        const filePath = path.join(__dirname,'metadata.txt');
        fs.appendFile(filePath, 'new data', err => {
            if (err) reject(err);
            resolve();
        });
    });
});
transaction.execute().catch(err => console.error(err));

优化性能的策略

缓存：
- 在进程内缓存文件系统元数据。利用Node.js的内存缓存机制，在内存中保存元数据的副本。当进行读取操作时，先从缓存中获取数据，只有在缓存中没有数据或缓存数据过期时，才从文件系统读取。
- 示例代码：

let metadataCache = null;
async function getMetadata() {
    if (metadataCache) return metadataCache;
    const fs = require('fs');
    const path = require('path');
    const filePath = path.join(__dirname,'metadata.txt');
    const data = await new Promise((resolve, reject) => {
        fs.readFile(filePath, 'utf8', (err, data) => {
            if (err) reject(err);
            resolve(data);
        });
    });
    metadataCache = data;
    return data;
}

异步批量操作：
- 对于多个文件系统操作，可以将它们批量处理，利用Node.js的非阻塞I/O特性，提高并发效率。例如，使用Promise.all来并行执行多个读取或写入操作。
- 示例代码：

const fs = require('fs');
const path = require('path');
const filePaths = [path.join(__dirname, 'file1.txt'), path.join(__dirname, 'file2.txt')];
const readPromises = filePaths.map(filePath => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        fs.readFile(filePath, 'utf8', (err, data) => {
            if (err) reject(err);
            resolve(data);
        });
    });
});
Promise.all(readPromises).then(dataArray => {
    console.log(dataArray);
}).catch(err => console.error(err));

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面试题：Node.js 文件系统元数据一致性维护及优化

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