JavaScript Async Local Storage: Zvládnutí správy kontextu vázaného na požadavek

Ve světě asynchronního JavaScriptu se správa kontextu napříč různými operacemi může stát složitou výzvou. Tradiční metody, jako je předávání kontextových objektů skrze volání funkcí, často vedou k rozvláčnému a těžkopádnému kódu. Naštěstí JavaScript Async Local Storage (ALS) poskytuje elegantní řešení pro správu kontextu vázaného na požadavek v asynchronních prostředích. Tento článek se ponoří do detailů ALS, prozkoumá jeho výhody, implementaci a případy použití v reálném světě.

Co je Async Local Storage?

Async Local Storage (ALS) je mechanismus, který umožňuje ukládat data lokální pro specifický asynchronní kontext provádění. Tento kontext je typicky spojen s požadavkem nebo transakcí. Představte si to jako způsob, jak vytvořit ekvivalent thread-local storage pro asynchronní prostředí JavaScriptu, jako je Node.js. Na rozdíl od tradičního thread-local storage (které není přímo použitelné v jednovláknovém JavaScriptu) využívá ALS asynchronní primitiva k šíření kontextu napříč asynchronními voláními, aniž by se explicitně předával jako argument.

Základní myšlenkou ALS je, že v rámci dané asynchronní operace (např. zpracování webového požadavku) můžete ukládat a načítat data související s touto specifickou operací, což zajišťuje izolaci a zabraňuje kontaminaci kontextu mezi různými souběžnými asynchronními úkoly.

Proč používat Async Local Storage?

K přijetí Async Local Storage v moderních JavaScriptových aplikacích vede několik pádných důvodů:

• Zjednodušená správa kontextu: Vyhněte se předávání kontextových objektů skrze více volání funkcí, což snižuje rozvláčnost kódu a zlepšuje čitelnost.
• Zlepšená udržovatelnost kódu: Centralizujte logiku správy kontextu, což usnadňuje úpravy a údržbu aplikačního kontextu.
• Vylepšené ladění a trasování: Šiřte informace specifické pro požadavek pro trasování požadavků přes různé vrstvy vaší aplikace.
• Bezproblémová integrace s middlewarem: ALS se dobře integruje s middleware vzory v frameworcích jako Express.js, což umožňuje zachytit a šířit kontext na začátku životního cyklu požadavku.
• Omezení opakujícího se kódu: Eliminujte potřebu explicitně spravovat kontext v každé funkci, která ho vyžaduje, což vede k čistšímu a lépe zaměřenému kódu.

Základní koncepty a API

API Async Local Storage, dostupné v Node.js (verze 13.10.0 a novější) prostřednictvím modulu `async_hooks`, poskytuje následující klíčové komponenty:

• Třída `AsyncLocalStorage`: Centrální třída pro vytváření a správu instancí asynchronního úložiště.
• Metoda `run(store, callback, ...args)`: Spustí funkci v rámci specifického asynchronního kontextu. Argument `store` představuje data spojená s kontextem a `callback` je funkce, která má být provedena.
• Metoda `getStore()`: Načte data spojená s aktuálním asynchronním kontextem. Vrací `undefined`, pokud není aktivní žádný kontext.
• Metoda `enterWith(store)`: Explicitně vstoupí do kontextu s poskytnutým úložištěm. Používejte s opatrností, protože může ztížit sledování kódu.
• Metoda `disable()`: Deaktivuje instanci AsyncLocalStorage.

Praktické příklady a ukázky kódu

Pojďme prozkoumat několik praktických příkladů, jak používat Async Local Storage v JavaScriptových aplikacích.

Základní použití

Tento příklad ukazuje jednoduchý scénář, kde ukládáme a načítáme ID požadavku v rámci asynchronního kontextu.

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

// Simulace příchozích požadavků
const http = require('http');

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

server.listen(3000, () => {
  console.log('Server naslouchá na portu 3000');
});

Použití ALS s middlewarem v Express.js

Tento příklad ukazuje, jak integrovat ALS s middlewarem v Express.js pro zachycení informací specifických pro požadavek a jejich zpřístupnění po celou dobu životního cyklu požadavku.

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

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

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

// Obsluha cesty (route handler)
app.get('/', (req, res) => {
  const currentContext = asyncLocalStorage.getStore();
  const requestId = currentContext.requestId;
  console.log(`Zpracovávám požadavek s ID: ${requestId}`);
  res.send(`Požadavek zpracován s ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server naslouchá na portu 3000');
});

Pokročilý případ použití: Distribuované trasování

ALS může být obzvláště užitečné ve scénářích distribuovaného trasování, kde potřebujete šířit ID trasování napříč několika službami a asynchronními operacemi. Tento příklad ukazuje, jak generovat a šířit ID trasování pomocí 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;
}

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

  // Simulace asynchronní operace
  setTimeout(() => {
    const nestedTraceId = getTraceId();
    console.log(`Vnořené Trace ID: ${nestedTraceId}`); // Mělo by být stejné trace ID
  }, 50);
});

Případy použití v reálném světě

Async Local Storage je všestranný nástroj, který lze použít v různých scénářích:

• Logování: Obohaťte logovací zprávy o informace specifické pro požadavek, jako je ID požadavku, ID uživatele nebo ID trasování.
• Autentizace a autorizace: Ukládejte kontext autentizace uživatele a přistupujte k němu po celou dobu životního cyklu požadavku.
• Databázové transakce: Spojte databázové transakce s konkrétními požadavky, čímž zajistíte konzistenci a izolaci dat.
• Zpracování chyb: Zachyťte kontext chyby specifický pro požadavek a použijte ho pro detailní hlášení chyb a ladění.
• A/B testování: Ukládejte přiřazení k experimentům a aplikujte je konzistentně během celé uživatelské relace.

Doporučení a osvědčené postupy

Ačkoli Async Local Storage nabízí významné výhody, je nezbytné ho používat uvážlivě a dodržovat osvědčené postupy:

• Výkonnostní režie: ALS přináší malou výkonnostní režii kvůli vytváření a správě asynchronních kontextů. Změřte dopad na vaši aplikaci a optimalizujte podle potřeby.
• Kontaminace kontextu: Vyhněte se ukládání nadměrného množství dat do ALS, abyste předešli únikům paměti a snížení výkonu.
• Explicitní správa kontextu: V některých případech může být vhodnější explicitní předávání kontextových objektů, zejména u složitých nebo hluboce vnořených operací.
• Integrace s frameworky: Využijte existující integrace s frameworky a knihovnami, které poskytují podporu ALS pro běžné úkoly, jako je logování a trasování.
• Zpracování chyb: Implementujte správné zpracování chyb, abyste předešli únikům kontextu a zajistili, že kontexty ALS jsou řádně vyčištěny.

Alternativy k Async Local Storage

Ačkoli je ALS mocným nástrojem, ne vždy je nejlepší volbou pro každou situaci. Zde jsou některé alternativy, které stojí za zvážení:

• Explicitní předávání kontextu: Tradiční přístup předávání kontextových objektů jako argumentů. Může být explicitnější a snáze pochopitelný, ale také může vést k rozvláčnému kódu.
• Dependency Injection: Použijte frameworky pro dependency injection ke správě kontextu a závislostí. To může zlepšit modularitu a testovatelnost kódu.
• Kontextové proměnné (návrh TC39): Navrhovaná funkce ECMAScriptu, která poskytuje standardizovanější způsob správy kontextu. Stále je ve vývoji a zatím není široce podporována.
• Vlastní řešení pro správu kontextu: Vyvinout vlastní řešení pro správu kontextu přizpůsobená specifickým požadavkům vaší aplikace.

Metoda AsyncLocalStorage.enterWith()

Metoda `enterWith()` je přímější způsob, jak nastavit kontext ALS, a obchází tak automatické šíření, které poskytuje `run()`. Měla by se však používat s opatrností. Obecně se doporučuje používat `run()` pro správu kontextu, protože automaticky zpracovává šíření kontextu napříč asynchronními operacemi. `enterWith()` může vést k neočekávanému chování, pokud se nepoužívá opatrně.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const store = { data: 'Nějaká data' };

// Nastavení úložiště pomocí enterWith
asyncLocalStorage.enterWith(store);

// Přístup k úložišti (Mělo by fungovat okamžitě po enterWith)
console.log(asyncLocalStorage.getStore());

// Spuštění asynchronní funkce, která NEBUDE automaticky dědit kontext
setTimeout(() => {
  // Kontext je zde STÁLE aktivní, protože jsme ho nastavili ručně pomocí enterWith.
  console.log(asyncLocalStorage.getStore());
}, 1000);

// Pro správné vyčištění kontextu byste potřebovali blok try...finally
// To ukazuje, proč je obvykle preferována metoda run(), protože se o čištění stará automaticky.

Běžné nástrahy a jak se jim vyhnout

• Zapomenutí použít `run()`: Pokud inicializujete AsyncLocalStorage, ale zapomenete obalit logiku zpracování požadavku do `asyncLocalStorage.run()`, kontext se nebude správně šířit, což povede k hodnotám `undefined` při volání `getStore()`.
• Nesprávné šíření kontextu s Promises: Při použití Promises se ujistěte, že čekáte na asynchronní operace uvnitř `run()` callbacku. Pokud nečekáte (nepoužíváte await), kontext se nemusí šířit správně.
• Úniky paměti: Vyhněte se ukládání velkých objektů do kontextu AsyncLocalStorage, protože mohou vést k únikům paměti, pokud kontext není řádně vyčištěn.
• Nadměrné spoléhání na AsyncLocalStorage: Nepoužívejte AsyncLocalStorage jako řešení pro správu globálního stavu. Nejlépe se hodí pro správu kontextu vázaného na požadavek.

Budoucnost správy kontextu v JavaScriptu

Ekosystém JavaScriptu se neustále vyvíjí a objevují se nové přístupy ke správě kontextu. Navrhovaná funkce Kontextové proměnné (návrh TC39) si klade za cíl poskytnout standardizovanější a jazykově integrované řešení pro správu kontextu. Jakmile tyto funkce dospějí a získají širší uplatnění, mohou nabídnout ještě elegantnější a efektivnější způsoby, jak zpracovávat kontext v JavaScriptových aplikacích.

Závěr

JavaScript Async Local Storage poskytuje výkonné a elegantní řešení pro správu kontextu vázaného na požadavek v asynchronních prostředích. Zjednodušením správy kontextu, zlepšením udržovatelnosti kódu a vylepšením možností ladění může ALS výrazně zlepšit vývojářskou zkušenost u aplikací v Node.js. Je však klíčové porozumět základním konceptům, dodržovat osvědčené postupy a zvážit potenciální výkonnostní režii před přijetím ALS ve vašich projektech. Jak se ekosystém JavaScriptu bude dále vyvíjet, mohou se objevit nové a vylepšené přístupy ke správě kontextu, které nabídnou ještě sofistikovanější řešení pro složité asynchronní scénáře.