سياق JavaScript غير المتزامن: إدارة المتغيرات الخاصة بالطلب

البرمجة غير المتزامنة هي حجر الزاوية في تطوير JavaScript الحديث، خاصة في بيئات مثل Node.js حيث يعد الإدخال/الإخراج غير الحظري أمرًا بالغ الأهمية للأداء. ومع ذلك، فإن إدارة السياق عبر العمليات غير المتزامنة يمكن أن تكون صعبة. هذا هو المكان الذي يأتي فيه سياق JavaScript غير المتزامن، وتحديدًا AsyncLocalStorage.

ما هو السياق غير المتزامن؟

يشير السياق غير المتزامن إلى القدرة على ربط البيانات بعملية غير متزامنة تستمر عبر دورة حياتها. هذا ضروري للسيناريوهات التي تحتاج فيها إلى الاحتفاظ بمعلومات خاصة بالطلب (مثل معرف المستخدم، ومعرف الطلب، ومعلومات التتبع) عبر مكالمات غير متزامنة متعددة. بدون إدارة السياق المناسبة، يمكن أن يصبح تصحيح الأخطاء والتسجيل والأمان أكثر صعوبة.

تحدي الحفاظ على السياق في العمليات غير المتزامنة

يمكن أن تصبح الأساليب التقليدية لإدارة السياق، مثل تمرير المتغيرات بشكل صريح من خلال استدعاءات الوظائف، مرهقة وعرضة للأخطاء مع زيادة تعقيد التعليمات البرمجية غير المتزامنة. يمكن أن تحجب سلاسل رد الاتصال والوعود تدفق السياق، مما يؤدي إلى مشكلات في الصيانة ونقاط ضعف أمنية محتملة. ضع في اعتبارك هذا المثال المبسط:

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.userId;

  fetchData(userId, (data) => {
    transformData(userId, data, (transformedData) => {
      logData(userId, transformedData, () => {
        res.send(transformedData);
      });
    });
  });
}

في هذا المثال، يتم تمرير userId بشكل متكرر لأسفل من خلال ردود الاتصال المتداخلة. هذا النهج ليس مطولًا فحسب، بل إنه يقرن الوظائف بإحكام، مما يجعلها أقل قابلية لإعادة الاستخدام وأصعب في الاختبار.

تقديم AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage هي وحدة نمطية مضمنة في Node.js توفر آلية لتخزين البيانات المحلية بسياق غير متزامن معين. يسمح لك بتعيين واسترداد القيم التي يتم نشرها تلقائيًا عبر حدود غير متزامنة ضمن نفس سياق التنفيذ. هذا يبسط بشكل كبير إدارة المتغيرات الخاصة بالطلب.

كيف يعمل AsyncLocalStorage

يعمل AsyncLocalStorage عن طريق إنشاء سياق تخزين مرتبط بالعملية غير المتزامنة الحالية. عند بدء عملية غير متزامنة جديدة (مثل الوعد، رد الاتصال)، يتم نشر سياق التخزين تلقائيًا إلى العملية الجديدة. يضمن هذا إمكانية الوصول إلى نفس البيانات طوال سلسلة المكالمات غير المتزامنة بأكملها.

الاستخدام الأساسي لـ AsyncLocalStorage

فيما يلي مثال أساسي لكيفية استخدام AsyncLocalStorage:

const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.userId;

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);

    fetchData().then(data => {
      return transformData(data);
    }).then(transformedData => {
      return logData(transformedData);
    }).then(() => {
      res.send(transformedData);
    });
  });
}

async function fetchData() {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... fetch data using userId
  return data;
}

async function transformData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... transform data using userId
  return transformedData;
}

async function logData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... log data using userId
  return;
}

في هذا المثال:

• نقوم بإنشاء مثيل لـ AsyncLocalStorage.
• في الدالة processRequest، نستخدم asyncLocalStorage.run لتنفيذ دالة ضمن سياق مثيل تخزين جديد (Map في هذه الحالة).
• نقوم بتعيين userId في التخزين باستخدام asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• ضمن العمليات غير المتزامنة (fetchData، وtransformData، وlogData)، يمكننا استرداد userId باستخدام asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

حالات استخدام AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage مفيد بشكل خاص في السيناريوهات التالية:

1. تتبع الطلبات

في الأنظمة الموزعة، يعد تتبع الطلبات عبر خدمات متعددة أمرًا بالغ الأهمية لمراقبة الأداء وتحديد عنق الزجاجة. يمكن استخدام AsyncLocalStorage لتخزين معرف طلب فريد يتم نشره عبر حدود الخدمة. يتيح لك هذا ربط السجلات والمقاييس من الخدمات المختلفة، مما يوفر رؤية شاملة لرحلة الطلب. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك بنية الخدمات المصغرة حيث يمر طلب المستخدم عبر بوابة واجهة برمجة التطبيقات وخدمة المصادقة وخدمة معالجة البيانات. باستخدام AsyncLocalStorage، يمكن إنشاء معرف طلب فريد في بوابة واجهة برمجة التطبيقات ونشره تلقائيًا إلى جميع الخدمات اللاحقة المشاركة في معالجة الطلب.

2. تسجيل السياق

عند تسجيل الأحداث، غالبًا ما يكون من المفيد تضمين معلومات سياقية مثل معرف المستخدم أو معرف الطلب أو معرف الجلسة. يمكن استخدام AsyncLocalStorage لتضمين هذه المعلومات تلقائيًا في رسائل السجل، مما يسهل تصحيح المشكلات وتحليلها. تخيل سيناريو تحتاج فيه إلى تتبع نشاط المستخدم داخل تطبيقك. عن طريق تخزين معرف المستخدم في AsyncLocalStorage، يمكنك تضمينه تلقائيًا في جميع رسائل السجل المتعلقة بجلسة ذلك المستخدم، مما يوفر رؤى قيمة حول سلوكه والمشكلات المحتملة التي قد يواجهها.

3. المصادقة والترخيص

يمكن استخدام AsyncLocalStorage لتخزين معلومات المصادقة والترخيص، مثل أدوار المستخدم وأذوناته. يتيح لك هذا فرض سياسات التحكم في الوصول في جميع أنحاء تطبيقك دون الحاجة إلى تمرير بيانات اعتماد المستخدم بشكل صريح إلى كل وظيفة. ضع في اعتبارك تطبيقًا للتجارة الإلكترونية حيث يتمتع المستخدمون المختلفون بمستويات وصول مختلفة (على سبيل المثال، المسؤولون والعملاء العاديون). عن طريق تخزين أدوار المستخدم في AsyncLocalStorage، يمكنك بسهولة التحقق من أذوناتهم قبل السماح لهم بتنفيذ إجراءات معينة، مما يضمن أنه يمكن للمستخدمين المصرح لهم فقط الوصول إلى البيانات أو الوظائف الحساسة.

4. معاملات قاعدة البيانات

عند العمل مع قواعد البيانات، غالبًا ما يكون من الضروري إدارة المعاملات عبر عمليات غير متزامنة متعددة. يمكن استخدام AsyncLocalStorage لتخزين اتصال قاعدة البيانات أو كائن المعاملة، مما يضمن تنفيذ جميع العمليات ضمن نفس الطلب ضمن نفس المعاملة. على سبيل المثال، إذا كان المستخدم يضع طلبًا، فقد تحتاج إلى تحديث جداول متعددة (على سبيل المثال، الطلبات، عناصر الطلب، المخزون). عن طريق تخزين كائن معاملة قاعدة البيانات في AsyncLocalStorage، يمكنك التأكد من إجراء جميع هذه التحديثات ضمن معاملة واحدة، مما يضمن الذرية والاتساق.

5. متعدد المستأجرين

في تطبيقات متعددة المستأجرين، من الضروري عزل البيانات والموارد لكل مستأجر. يمكن استخدام AsyncLocalStorage لتخزين معرف المستأجر، مما يسمح لك بتوجيه الطلبات ديناميكيًا إلى مخزن البيانات أو المورد المناسب استنادًا إلى المستأجر الحالي. تخيل نظامًا أساسيًا للبرامج كخدمة (SaaS) حيث تستخدم مؤسسات متعددة نفس مثيل التطبيق. عن طريق تخزين معرف المستأجر في AsyncLocalStorage، يمكنك التأكد من الحفاظ على بيانات كل مؤسسة بشكل منفصل وأنها لا يمكنها الوصول إلا إلى مواردها الخاصة.

أفضل الممارسات لاستخدام AsyncLocalStorage

بينما يعد AsyncLocalStorage أداة قوية، من المهم استخدامه بحكمة لتجنب مشكلات الأداء المحتملة والحفاظ على وضوح التعليمات البرمجية. فيما يلي بعض أفضل الممارسات التي يجب وضعها في الاعتبار:

1. تقليل تخزين البيانات

قم بتخزين البيانات الضرورية فقط في AsyncLocalStorage. يمكن أن يؤثر تخزين كميات كبيرة من البيانات على الأداء، خاصة في بيئات التزامن العالية. على سبيل المثال، بدلاً من تخزين كائن المستخدم بأكمله، فكر في تخزين معرف المستخدم فقط واسترداد كائن المستخدم من ذاكرة التخزين المؤقت أو قاعدة البيانات عند الحاجة.

2. تجنب تبديل السياق المفرط

يمكن أن يؤثر تبديل السياق المتكرر أيضًا على الأداء. قلل من عدد المرات التي تقوم فيها بتعيين واسترداد القيم من AsyncLocalStorage. قم بتخزين القيم التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر محليًا داخل الوظيفة لتقليل عبء الوصول إلى سياق التخزين. على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى الوصول إلى معرف المستخدم عدة مرات داخل وظيفة، فاسترده مرة واحدة من AsyncLocalStorage وقم بتخزينه في متغير محلي للاستخدام اللاحق.

3. استخدم اتفاقيات تسمية واضحة ومتسقة

استخدم اتفاقيات تسمية واضحة ومتسقة للمفاتيح التي تقوم بتخزينها في AsyncLocalStorage. سيؤدي هذا إلى تحسين سهولة قراءة التعليمات البرمجية وقابليتها للصيانة. على سبيل المثال، استخدم بادئة متسقة لجميع المفاتيح المتعلقة بميزة أو نطاق معين، مثل request.id أو user.id.

4. التنظيف بعد الاستخدام

بينما يقوم AsyncLocalStorage تلقائيًا بتنظيف سياق التخزين عند اكتمال العملية غير المتزامنة، فمن الجيد مسح سياق التخزين بشكل صريح عندما لم يعد مطلوبًا. يمكن أن يساعد هذا في منع تسرب الذاكرة وتحسين الأداء. يمكنك تحقيق ذلك باستخدام طريقة exit لمسح السياق بشكل صريح.

5. ضع في اعتبارك الآثار المترتبة على الأداء

كن على دراية بالآثار المترتبة على الأداء لاستخدام AsyncLocalStorage، خاصة في بيئات التزامن العالية. اختبر التعليمات البرمجية الخاصة بك للتأكد من أنها تلبي متطلبات الأداء الخاصة بك. قم بتحديد ملف تعريف التطبيق الخاص بك لتحديد عنق الزجاجة المحتملة المتعلقة بإدارة السياق. ضع في اعتبارك الأساليب البديلة، مثل تمرير السياق الصريح، إذا كان AsyncLocalStorage يقدم عبئًا إضافيًا للأداء غير مقبول.

6. استخدم بحذر في المكتبات

تجنب استخدام AsyncLocalStorage مباشرة في المكتبات المخصصة للاستخدام العام. يجب ألا تضع المكتبات افتراضات حول السياق الذي يتم استخدامه فيه. بدلاً من ذلك، قم بتوفير خيارات للمستخدمين لتمرير المعلومات السياقية بشكل صريح. يتيح هذا للمستخدمين التحكم في كيفية إدارة السياق في تطبيقاتهم ويتجنب التعارضات المحتملة أو السلوك غير المتوقع.

بدائل AsyncLocalStorage

بينما يعد AsyncLocalStorage أداة مريحة وقوية، فإنه ليس دائمًا الحل الأفضل لكل سيناريو. فيما يلي بعض البدائل التي يجب مراعاتها:

1. تمرير السياق الصريح

أبسط نهج هو تمرير المعلومات السياقية بشكل صريح كمعاملات للدوال. هذا النهج مباشر وسهل الفهم، ولكنه قد يصبح مرهقًا مع زيادة تعقيد التعليمات البرمجية. يعتبر تمرير السياق الصريح مناسبًا للسيناريوهات البسيطة حيث يكون السياق صغيرًا نسبيًا والتعليمات البرمجية غير متداخلة بعمق. ومع ذلك، بالنسبة للسيناريوهات الأكثر تعقيدًا، يمكن أن يؤدي إلى تعليمات برمجية يصعب قراءتها وصيانتها.

2. كائنات السياق

بدلاً من تمرير المتغيرات الفردية، يمكنك إنشاء كائن سياق يغلف جميع المعلومات السياقية. يمكن أن يؤدي هذا إلى تبسيط توقيعات الوظائف وجعل التعليمات البرمجية أكثر قابلية للقراءة. تعد كائنات السياق حلاً وسطًا جيدًا بين تمرير السياق الصريح و AsyncLocalStorage. فهي توفر طريقة لتجميع المعلومات السياقية ذات الصلة معًا، مما يجعل التعليمات البرمجية أكثر تنظيمًا وأسهل في الفهم. ومع ذلك، فإنها لا تزال تتطلب تمريرًا صريحًا لكائن السياق إلى كل وظيفة.

3. Async Hooks (للتشخيص)

توفر وحدة async_hooks الخاصة بـ Node.js آلية أكثر عمومية لتتبع العمليات غير المتزامنة. في حين أن استخدامه أكثر تعقيدًا من AsyncLocalStorage، فإنه يوفر مرونة وتحكمًا أكبر. يهدف async_hooks في المقام الأول إلى أغراض التشخيص وتصحيح الأخطاء. يسمح لك بتتبع دورة حياة العمليات غير المتزامنة وجمع معلومات حول تنفيذها. ومع ذلك، لا ينصح به لإدارة السياق للأغراض العامة نظرًا لتعقيداته المحتملة المتعلقة بالأداء.

4. السياق التشخيصي (OpenTelemetry)

يوفر OpenTelemetry واجهة برمجة تطبيقات موحدة لجمع بيانات القياس عن بعد وتصديرها، بما في ذلك آثار ومقاييس وسجلات. توفر ميزات السياق التشخيصي الخاصة به حلاً متقدمًا وقويًا لإدارة انتشار السياق في الأنظمة الموزعة. يوفر التكامل مع OpenTelemetry طريقة محايدة للبائع لضمان اتساق السياق عبر الخدمات والأنظمة الأساسية المختلفة. هذا مفيد بشكل خاص في بنيات الخدمات المصغرة المعقدة حيث يحتاج السياق إلى الانتشار عبر حدود الخدمة.

أمثلة واقعية

دعنا نستكشف بعض الأمثلة الواقعية لكيفية استخدام AsyncLocalStorage في سيناريوهات مختلفة.

1. تطبيق التجارة الإلكترونية: تتبع الطلبات

في تطبيق التجارة الإلكترونية، يمكنك استخدام AsyncLocalStorage لتتبع طلبات المستخدمين عبر خدمات متعددة، مثل كتالوج المنتجات وعربة التسوق وبوابة الدفع. يتيح لك ذلك مراقبة أداء كل خدمة وتحديد عنق الزجاجة التي قد تؤثر على تجربة المستخدم.

// في بوابة واجهة برمجة التطبيقات
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    res.setHeader('X-Request-Id', requestId);
    next();
  });
});

// في خدمة كتالوج المنتجات
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // سجل معرف الطلب مع التفاصيل الأخرى
  logger.info(`[${requestId}] Fetching product details for product ID: ${productId}`);
  // ... استرداد تفاصيل المنتج
}

2. نظام SaaS الأساسي: متعدد المستأجرين

في نظام SaaS الأساسي، يمكنك استخدام AsyncLocalStorage لتخزين معرف المستأجر وتوجيه الطلبات ديناميكيًا إلى مخزن البيانات أو المورد المناسب استنادًا إلى المستأجر الحالي. يضمن هذا الحفاظ على بيانات كل مستأجر بشكل منفصل وأنهم لا يمكنهم الوصول إلا إلى مواردهم الخاصة.

// برنامج وسيط لاستخراج معرف المستأجر من الطلب
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// دالة لاسترداد البيانات لمستأجر معين
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. بنية الخدمات المصغرة: تسجيل السياق

في بنية الخدمات المصغرة، يمكنك استخدام AsyncLocalStorage لتخزين معرف المستخدم وتضمينه تلقائيًا في رسائل السجل من الخدمات المختلفة. هذا يجعل من السهل تصحيح المشكلات وتحليلها التي قد تؤثر على مستخدم معين.

// في خدمة المصادقة
app.use((req, res, next) => {
  const userId = req.user.id;
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    next();
  });
});

// في خدمة معالجة البيانات
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[User ID: ${userId}] Processing data: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... معالجة البيانات
}

الخلاصة

AsyncLocalStorage هي أداة قيمة لإدارة المتغيرات الخاصة بالطلب في بيئات JavaScript غير المتزامنة. فهو يبسط إدارة السياق عبر العمليات غير المتزامنة، مما يجعل التعليمات البرمجية أكثر قابلية للقراءة والصيانة والأمان. من خلال فهم حالات الاستخدام وأفضل الممارسات والبدائل، يمكنك الاستفادة بشكل فعال من AsyncLocalStorage لبناء تطبيقات قوية وقابلة للتطوير. ومع ذلك، من الضروري أن تضع في اعتبارك بعناية الآثار المترتبة على الأداء واستخدامها بحكمة لتجنب المشكلات المحتملة. تبنى AsyncLocalStorage بعناية لتحسين ممارسات تطوير JavaScript غير المتزامنة.

من خلال دمج أمثلة واضحة ونصائح عملية ونظرة عامة شاملة، يهدف هذا الدليل إلى تزويد المطورين في جميع أنحاء العالم بالمعرفة اللازمة لإدارة السياق غير المتزامن بشكل فعال باستخدام AsyncLocalStorage في تطبيقات JavaScript الخاصة بهم. تذكر أن تضع في اعتبارك الآثار المترتبة على الأداء والبدائل لضمان أفضل حل لاحتياجاتك الخاصة.