Асинхронно локално съхранение в JavaScript: Овладяване на управлението на контекст в обхвата на заявката

В света на асинхронния JavaScript, управлението на контекста между различни операции може да се превърне в сложно предизвикателство. Традиционните методи, като предаване на контекстни обекти през извиквания на функции, често водят до многословен и тромав код. За щастие, асинхронното локално съхранение (ALS) в JavaScript предоставя елегантно решение за управление на контекст в обхвата на заявката в асинхронни среди. Тази статия разглежда в детайли ALS, изследвайки неговите предимства, имплементация и реални случаи на употреба.

Какво е асинхронно локално съхранение?

Асинхронното локално съхранение (ALS) е механизъм, който ви позволява да съхранявате данни, които са локални за конкретен асинхронен контекст на изпълнение. Този контекст обикновено се свързва със заявка или трансакция. Мислете за него като за начин да създадете еквивалент на thread-local storage за асинхронни JavaScript среди като Node.js. За разлика от традиционното thread-local storage (което не е директно приложимо в еднонишков JavaScript), ALS използва асинхронни примитиви за разпространение на контекста през асинхронни извиквания, без да се налага изричното му предаване като аргументи.

Основната идея зад ALS е, че в рамките на дадена асинхронна операция (напр. обработка на уеб заявка), можете да съхранявате и извличате данни, свързани с тази конкретна операция, като по този начин гарантирате изолация и предотвратявате замърсяването на контекста между различни едновременни асинхронни задачи.

Защо да използваме асинхронно локално съхранение?

Няколко убедителни причини стимулират приемането на асинхронно локално съхранение в съвременните JavaScript приложения:

• Опростено управление на контекста: Избягвайте предаването на контекстни обекти през множество извиквания на функции, намалявайки многословието на кода и подобрявайки четимостта.
• Подобрена поддръжка на кода: Централизирайте логиката за управление на контекста, което улеснява промяната и поддръжката на контекста на приложението.
• Подобрено дебъгване и проследяване: Разпространявайте специфична за заявката информация за проследяване на заявки през различните слоеве на вашето приложение.
• Безпроблемна интеграция с междинен софтуер: ALS се интегрира добре с моделите на междинен софтуер в рамки като Express.js, което ви позволява да улавяте и разпространявате контекста в началото на жизнения цикъл на заявката.
• Намален повтарящ се код: Елиминирайте необходимостта от изрично управление на контекста във всяка функция, която го изисква, което води до по-чист и по-фокусиран код.

Основни концепции и API

API-то на асинхронното локално съхранение, достъпно в Node.js (версия 13.10.0 и по-нови) чрез модула `async_hooks`, предоставя следните ключови компоненти:

• Клас `AsyncLocalStorage`: Централният клас за създаване и управление на инстанции за асинхронно съхранение.
• Метод `run(store, callback, ...args)`: Изпълнява функция в рамките на конкретен асинхронен контекст. Аргументът `store` представлява данните, свързани с контекста, а `callback` е функцията, която ще бъде изпълнена.
• Метод `getStore()`: Извлича данните, свързани с текущия асинхронен контекст. Връща `undefined`, ако няма активен контекст.
• Метод `enterWith(store)`: Изрично влиза в контекст с предоставения store. Използвайте с повишено внимание, тъй като може да направи кода по-труден за проследяване.
• Метод `disable()`: Деактивира инстанцията на AsyncLocalStorage.

Практически примери и кодови фрагменти

Нека разгледаме някои практически примери за това как да използваме асинхронно локално съхранение в JavaScript приложения.

Основна употреба

Този пример демонстрира прост сценарий, при който съхраняваме и извличаме ID на заявка в асинхронен контекст.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // Simulate asynchronous operations
    setTimeout(() => {
      const currentContext = asyncLocalStorage.getStore();
      console.log(`Request ID: ${currentContext.requestId}`);
      res.end(`Request processed with ID: ${currentContext.requestId}`);
    }, 100);
  });
}

// Simulate incoming requests
const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  processRequest(req, res);
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('Server listening on port 3000');
});

Използване на ALS с междинен софтуер на Express.js

Този пример показва как да интегрирате ALS с междинен софтуер на Express.js, за да уловите специфична за заявката информация и да я направите достъпна през целия жизнен цикъл на заявката.

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

const app = express();
const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

// Middleware to capture request ID
app.use((req, res, next) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    next();
  });
});

// Route handler
app.get('/', (req, res) => {
  const currentContext = asyncLocalStorage.getStore();
  const requestId = currentContext.requestId;
  console.log(`Handling request with ID: ${requestId}`);
  res.send(`Request processed with ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server listening on port 3000');
});

Разширен случай на употреба: Разпределено проследяване

ALS може да бъде особено полезен в сценарии за разпределено проследяване, където трябва да разпространявате ID-та за проследяване през множество услуги и асинхронни операции. Този пример демонстрира как да генерирате и разпространявате ID за проследяване с помощта на ALS.

const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function generateTraceId() {
  return uuidv4();
}

function withTrace(callback) {
  const traceId = generateTraceId();
  asyncLocalStorage.run({ traceId }, callback);
}

function getTraceId() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  return store ? store.traceId : null;
}

// Example Usage
withTrace(() => {
  const traceId = getTraceId();
  console.log(`Trace ID: ${traceId}`);

  // Simulate asynchronous operation
  setTimeout(() => {
    const nestedTraceId = getTraceId();
    console.log(`Nested Trace ID: ${nestedTraceId}`); // Should be the same trace ID
  }, 50);
});

Реални случаи на употреба

Асинхронното локално съхранение е универсален инструмент, който може да се прилага в различни сценарии:

• Логване: Обогатете лог съобщенията със специфична за заявката информация като ID на заявка, ID на потребител или ID за проследяване.
• Автентикация и оторизация: Съхранявайте контекста за автентикация на потребителя и го достъпвайте през целия жизнен цикъл на заявката.
• Трансакции с бази данни: Свързвайте трансакциите с базата данни с конкретни заявки, осигурявайки консистентност и изолация на данните.
• Обработка на грешки: Улавяйте специфичен за заявката контекст на грешки и го използвайте за подробно докладване на грешки и дебъгване.
• A/B тестване: Съхранявайте присвояванията на експерименти и ги прилагайте последователно по време на потребителска сесия.

Съображения и добри практики

Въпреки че асинхронното локално съхранение предлага значителни предимства, е важно да го използвате разумно и да се придържате към добрите практики:

• Допълнително натоварване върху производителността: ALS въвежда малко допълнително натоварване върху производителността поради създаването и управлението на асинхронни контексти. Измерете въздействието върху вашето приложение и оптимизирайте съответно.
• Замърсяване на контекста: Избягвайте съхраняването на прекомерно количество данни в ALS, за да предотвратите изтичане на памет и влошаване на производителността.
• Изрично управление на контекста: В някои случаи изричното предаване на контекстни обекти може да бъде по-подходящо, особено при сложни или дълбоко вложени операции.
• Интеграция с frameworks: Използвайте съществуващи интеграции с frameworks и библиотеки, които предоставят поддръжка на ALS за общи задачи като логване и проследяване.
• Обработка на грешки: Внедрете правилна обработка на грешки, за да предотвратите изтичане на контекст и да гарантирате, че ALS контекстите се почистват правилно.

Алтернативи на асинхронното локално съхранение

Въпреки че ALS е мощен инструмент, той не винаги е най-подходящият за всяка ситуация. Ето някои алтернативи, които да разгледате:

• Изрично предаване на контекст: Традиционният подход за предаване на контекстни обекти като аргументи. Това може да бъде по-ясно и по-лесно за разбиране, но също така може да доведе до многословен код.
• Внедряване на зависимости (Dependency Injection): Използвайте frameworks за внедряване на зависимости, за да управлявате контекста и зависимостите. Това може да подобри модулността и тестваемостта на кода.
• Контекстни променливи (Предложение на TC39): Предложена функционалност на ECMAScript, която предоставя по-стандартизиран начин за управление на контекста. Все още е в процес на разработка и не се поддържа широко.
• Персонализирани решения за управление на контекст: Разработете персонализирани решения за управление на контекста, съобразени с конкретните изисквания на вашето приложение.

Метод AsyncLocalStorage.enterWith()

Методът `enterWith()` е по-директен начин за задаване на ALS контекста, заобикаляйки автоматичното разпространение, осигурено от `run()`. Въпреки това, той трябва да се използва с повишено внимание. Обикновено се препоръчва да се използва `run()` за управление на контекста, тъй като той автоматично се справя с разпространението на контекста през асинхронни операции. `enterWith()` може да доведе до неочаквано поведение, ако не се използва внимателно.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const store = { data: 'Some Data' };

// Setting the store using enterWith
asyncLocalStorage.enterWith(store);

// Accessing the store (Should work immediately after enterWith)
console.log(asyncLocalStorage.getStore());

// Executing an asynchronous function that will NOT inherit the context automatically
setTimeout(() => {
  // The context is STILL active here because we set it manually with enterWith.
  console.log(asyncLocalStorage.getStore());
}, 1000);

// To properly clear the context, you'd need a try...finally block
// This demonstrates why run() is usually preferred, as it handles cleanup automatically.

Често срещани капани и как да ги избегнем

• Пропускане на използването на `run()`: Ако инициализирате AsyncLocalStorage, но забравите да обвиете логиката за обработка на заявките си в `asyncLocalStorage.run()`, контекстът няма да се разпространи правилно, което ще доведе до стойности `undefined` при извикване на `getStore()`.
• Неправилно разпространение на контекста с Promises: Когато използвате Promises, уверете се, че изчаквате (await) асинхронните операции в рамките на обратната функция (callback) на `run()`. Ако не използвате await, контекстът може да не се разпространи правилно.
• Изтичане на памет: Избягвайте съхраняването на големи обекти в контекста на AsyncLocalStorage, тъй като те могат да доведат до изтичане на памет, ако контекстът не се почисти правилно.
• Прекомерно разчитане на AsyncLocalStorage: Не използвайте AsyncLocalStorage като глобално решение за управление на състоянието. Той е най-подходящ за управление на контекст в обхвата на заявката.

Бъдещето на управлението на контекст в JavaScript

Екосистемата на JavaScript непрекъснато се развива и се появяват нови подходи за управление на контекста. Предложената функционалност Context Variables (предложение на TC39) цели да предостави по-стандартизирано решение на ниво език за управление на контекста. С узряването и по-широкото възприемане на тези функционалности, те могат да предложат още по-елегантни и ефективни начини за обработка на контекста в JavaScript приложенията.

Заключение

Асинхронното локално съхранение в JavaScript предоставя мощно и елегантно решение за управление на контекст в обхвата на заявката в асинхронни среди. Чрез опростяване на управлението на контекста, подобряване на поддръжката на кода и разширяване на възможностите за дебъгване, ALS може значително да подобри процеса на разработка на Node.js приложения. Въпреки това е изключително важно да се разбират основните концепции, да се спазват добрите практики и да се вземе предвид потенциалното натоварване върху производителността, преди да се възприеме ALS във вашите проекти. Тъй като екосистемата на JavaScript продължава да се развива, могат да се появят нови и подобрени подходи за управление на контекста, предлагащи още по-сложни решения за справяне със сложни асинхронни сценарии.