JavaScript Async Context: Styring af Request-Scoped Variabler

Asynkron programmering er en hjørnesten i moderne JavaScript-udvikling, især i miljøer som Node.js, hvor ikke-blokerende I/O er afgørende for ydeevnen. Imidlertid kan styring af kontekst på tværs af asynkrone operationer være udfordrende. Det er her, JavaScripts asynkrone kontekst, specifikt AsyncLocalStorage, kommer ind i billedet.

Hvad er Async Context?

Async context refererer til evnen til at associere data med en asynkron operation, der persisterer på tværs af dens livscyklus. Dette er essentielt for scenarier, hvor du har brug for at opretholde request-scoped information (f.eks. bruger-ID, request-ID, sporingsinformation) på tværs af flere asynkrone kald. Uden korrekt kontekststyring kan debugging, logging og sikkerhed blive betydeligt vanskeligere.

Udfordringen med at Opretholde Kontekst i Asynkrone Operationer

Traditionelle metoder til at styre kontekst, som f.eks. eksplicit passing af variabler gennem funktionskald, kan blive besværlige og fejlbehæftede, efterhånden som kompleksiteten af asynkron kode øges. Callback hell og promise chains kan sløre kontekstens flow, hvilket fører til vedligeholdelsesproblemer og potentielle sikkerhedssårbarheder. Overvej dette forenklede eksempel:

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

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

I dette eksempel passerer userId gentagne gange ned gennem indlejrede callbacks. Denne tilgang er ikke kun ordrig, men kobler også funktionerne tæt sammen, hvilket gør dem mindre genanvendelige og sværere at teste.

Introduktion til AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage er et indbygget modul i Node.js, der leverer en mekanisme til at gemme data, som er lokale for en specifik asynkron kontekst. Det giver dig mulighed for at sætte og hente værdier, der automatisk propageres på tværs af asynkrone grænser inden for den samme eksekveringskontekst. Dette forenkler styringen af request-scoped variabler betydeligt.

Sådan Fungerer AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage fungerer ved at skabe en lagringskontekst, der er associeret med den aktuelle asynkrone operation. Når en ny asynkron operation initieres (f.eks. et promise, en callback), propageres lagringskonteksten automatisk til den nye operation. Dette sikrer, at de samme data er tilgængelige gennem hele kæden af asynkrone kald.

Grundlæggende Brug af AsyncLocalStorage

Her er et grundlæggende eksempel på, hvordan man bruger 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');
  // ... hent data ved hjælp af userId
  return data;
}

async function transformData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... transformer data ved hjælp af userId
  return transformedData;
}

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

I dette eksempel:

• Vi opretter en instans af AsyncLocalStorage.
• I processRequest-funktionen bruger vi asyncLocalStorage.run til at eksekvere en funktion inden for konteksten af en ny lagringsinstans (en Map i dette tilfælde).
• Vi sætter userId i lagringen ved hjælp af asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• Inden for de asynkrone operationer (fetchData, transformData, logData) kan vi hente userId ved hjælp af asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

Anvendelsesscenarier for AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage er især nyttig i følgende scenarier:

1. Request Tracing

I distribuerede systemer er sporing af requests på tværs af flere tjenester afgørende for overvågning af ydeevne og identifikation af flaskehalse. AsyncLocalStorage kan bruges til at gemme et unikt request-ID, der propageres på tværs af tjenestegrænser. Dette giver dig mulighed for at korrelere logs og metrics fra forskellige tjenester, hvilket giver et omfattende overblik over requestens rejse. Overvej for eksempel en microservice-arkitektur, hvor en brugerrequest går gennem en API-gateway, en autentifikationstjeneste og en databehandlingstjeneste. Ved hjælp af AsyncLocalStorage kan et unikt request-ID genereres ved API-gatewayen og automatisk propageres til alle efterfølgende tjenester, der er involveret i håndtering af requesten.

2. Logging Context

Når der logges begivenheder, er det ofte nyttigt at inkludere kontekstuel information som f.eks. bruger-ID, request-ID eller sessions-ID. AsyncLocalStorage kan bruges til automatisk at inkludere denne information i logbeskeder, hvilket gør det lettere at debugge og analysere problemer. Forestil dig et scenarie, hvor du skal spore brugeraktivitet i din applikation. Ved at gemme bruger-ID i AsyncLocalStorage kan du automatisk inkludere det i alle logbeskeder relateret til brugerens session, hvilket giver værdifuld indsigt i deres adfærd og potentielle problemer, de måtte støde på.

3. Autentifikation og Autorisation

AsyncLocalStorage kan bruges til at gemme autentifikations- og autorisationsinformation, såsom brugerens roller og tilladelser. Dette giver dig mulighed for at håndhæve adgangskontrolpolitikker i hele din applikation uden at skulle eksplicit sende brugerens legitimationsoplysninger til hver funktion. Overvej en e-handelsapplikation, hvor forskellige brugere har forskellige adgangsniveauer (f.eks. administratorer, almindelige kunder). Ved at gemme brugerens roller i AsyncLocalStorage kan du nemt kontrollere deres tilladelser, før du lader dem udføre visse handlinger, hvilket sikrer, at kun autoriserede brugere kan få adgang til følsomme data eller funktionalitet.

4. Databasetransaktioner

Når man arbejder med databaser, er det ofte nødvendigt at styre transaktioner på tværs af flere asynkrone operationer. AsyncLocalStorage kan bruges til at gemme databaseforbindelsen eller transaktionsobjektet, hvilket sikrer, at alle operationer inden for samme request udføres inden for den samme transaktion. For eksempel, hvis en bruger afgiver en ordre, skal du muligvis opdatere flere tabeller (f.eks. ordrer, ordrevarer, lager). Ved at gemme database transaktionsobjektet i AsyncLocalStorage kan du sikre, at alle disse opdateringer udføres inden for en enkelt transaktion, hvilket garanterer atomicitet og konsistens.

5. Multi-Tenancy

I multi-tenant applikationer er det essentielt at isolere data og ressourcer for hver tenant. AsyncLocalStorage kan bruges til at gemme tenant-ID, hvilket giver dig mulighed for dynamisk at route requests til den passende datalagring eller ressource baseret på den aktuelle tenant. Forestil dig en SaaS-platform, hvor flere organisationer bruger den samme applikationsinstans. Ved at gemme tenant-ID i AsyncLocalStorage kan du sikre, at hver organisations data holdes adskilt, og at de kun har adgang til deres egne ressourcer.

Bedste Praksis for Brug af AsyncLocalStorage

Selvom AsyncLocalStorage er et kraftfuldt værktøj, er det vigtigt at bruge det med omtanke for at undgå potentielle ydeevneproblemer og opretholde kodens klarhed. Her er nogle bedste praksisser, du skal huske på:

1. Minimer Datalagring

Gem kun de data, der absolut er nødvendige, i AsyncLocalStorage. Lagring af store mængder data kan påvirke ydeevnen, især i miljøer med høj samtidighed. Gem f.eks. kun bruger-ID'et i stedet for hele brugerobjektet, og hent brugerobjektet fra en cache eller database, når det er nødvendigt.

2. Undgå Overdreven Kontekstskift

Hyppige kontekstskift kan også påvirke ydeevnen. Minimer antallet af gange, du sætter og henter værdier fra AsyncLocalStorage. Cache ofte tilgåede værdier lokalt i funktionen for at reducere overhead ved adgang til lagringskonteksten. For eksempel, hvis du har brug for at tilgå bruger-ID'et flere gange i en funktion, skal du hente det én gang fra AsyncLocalStorage og gemme det i en lokal variabel til efterfølgende brug.

3. Brug Klare og Konsistente Navngivningskonventioner

Brug klare og konsistente navngivningskonventioner for de nøgler, du gemmer i AsyncLocalStorage. Dette vil forbedre kodens læsbarhed og vedligeholdelighed. Brug f.eks. et konsistent præfiks for alle nøgler relateret til en bestemt funktion eller domæne, såsom request.id eller user.id.

4. Ryd Op Efter Brug

Selvom AsyncLocalStorage automatisk rydder lagringskonteksten, når den asynkrone operation er afsluttet, er det god praksis eksplicit at rydde lagringskonteksten, når den ikke længere er nødvendig. Dette kan hjælpe med at forhindre hukommelseslækager og forbedre ydeevnen. Du kan opnå dette ved at bruge exit-metoden til eksplicit at rydde konteksten.

5. Overvej Ydeevnemæssige Implikationer

Vær opmærksom på ydeevnemæssige implikationer af at bruge AsyncLocalStorage, især i miljøer med høj samtidighed. Benchmarker din kode for at sikre, at den opfylder dine ydeevnekrav. Profiler din applikation for at identificere potentielle flaskehalse relateret til kontekststyring. Overvej alternative tilgange, såsom eksplicit kontekstpassing, hvis AsyncLocalStorage introducerer uacceptabel ydeevne-overhead.

6. Brug med Forsigtighed i Biblioteker

Undgå at bruge AsyncLocalStorage direkte i biblioteker, der er beregnet til generel brug. Biblioteker bør ikke foretage antagelser om den kontekst, de bruges i. Giv i stedet muligheder for, at brugere eksplicit kan sende kontekstuel information ind. Dette giver brugerne mulighed for at styre, hvordan kontekst styres i deres applikationer, og undgår potentielle konflikter eller uventet adfærd.

Alternativer til AsyncLocalStorage

Selvom AsyncLocalStorage er et praktisk og kraftfuldt værktøj, er det ikke altid den bedste løsning for alle scenarier. Her er nogle alternativer, du kan overveje:

1. Eksplicit Kontekstpassing

Den enkleste tilgang er at eksplicit sende kontekstuel information som argumenter til funktioner. Denne tilgang er ligetil og let at forstå, men den kan blive besværlig, efterhånden som kodens kompleksitet øges. Eksplicit kontekstpassing er velegnet til simple scenarier, hvor konteksten er relativt lille, og koden ikke er dybt indlejret. Men for mere komplekse scenarier kan det føre til kode, der er svær at læse og vedligeholde.

2. Kontekstobjekter

I stedet for at sende individuelle variabler kan du oprette et kontekstobjekt, der indkapsler al den kontekstuelle information. Dette kan forenkle funktionssignaturerne og gøre koden mere læsbar. Kontekstobjekter er et godt kompromis mellem eksplicit kontekstpassing og AsyncLocalStorage. De giver en måde at gruppere relateret kontekstuel information på, hvilket gør koden mere organiseret og lettere at forstå. De kræver dog stadig eksplicit passing af kontekstobjektet til hver funktion.

3. Async Hooks (til Diagnostics)

Node.js's async_hooks-modul leverer en mere generel mekanisme til at spore asynkrone operationer. Selvom det er mere komplekst at bruge end AsyncLocalStorage, tilbyder det større fleksibilitet og kontrol. async_hooks er primært beregnet til diagnostik og debugging. Det giver dig mulighed for at spore livscyklussen af asynkrone operationer og indsamle oplysninger om deres eksekvering. Det anbefales dog ikke til generel kontekststyring på grund af dets potentielle ydeevne-overhead.

4. Diagnostic Context (OpenTelemetry)

OpenTelemetry leverer en standardiseret API til indsamling og eksport af telemetridata, herunder traces, metrics og logs. Dets diagnostiske kontekstfunktioner tilbyder en avanceret og robust løsning til styring af kontekstpropagering i distribuerede systemer. Integration med OpenTelemetry giver en leverandør-neutral måde at sikre kontekstkonsistens på tværs af forskellige tjenester og platforme. Dette er især nyttigt i komplekse microservice-arkitekturer, hvor kontekst skal propageres på tværs af tjenestegrænser.

Reelle Eksempler

Lad os udforske nogle reelle eksempler på, hvordan AsyncLocalStorage kan bruges i forskellige scenarier.

1. E-handelsapplikation: Request Tracing

I en e-handelsapplikation kan du bruge AsyncLocalStorage til at spore brugerrequests på tværs af flere tjenester, såsom produktkatalog, indkøbskurv og betalingsgateway. Dette giver dig mulighed for at overvåge ydeevnen af hver tjeneste og identificere flaskehalse, der kan påvirke brugeroplevelsen.

// I API-gatewayen
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();
  });
});

// I produktkatalog-tjenesten
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Log request-ID'et sammen med andre detaljer
  logger.info(`[${requestId}] Henter produktdetaljer for produkt-ID: ${productId}`);
  // ... hent produktdetaljer
}

2. SaaS-platform: Multi-Tenancy

I en SaaS-platform kan du bruge AsyncLocalStorage til at gemme tenant-ID'et og dynamisk route requests til den passende datalagring eller ressource baseret på den aktuelle tenant. Dette sikrer, at hver tenants data holdes adskilt, og at de kun har adgang til deres egne ressourcer.

// Middleware til at udtrække tenant-ID fra request
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Funktion til at hente data for en specifik tenant
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Microservices Arkitektur: Logging Context

I en microservices-arkitektur kan du bruge AsyncLocalStorage til at gemme bruger-ID'et og automatisk inkludere det i logbeskeder fra forskellige tjenester. Dette gør det lettere at debugge og analysere problemer, der kan påvirke en specifik bruger.

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

// I databehandlingstjenesten
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[Bruger ID: ${userId}] Behandler data: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... behandl data
}

Konklusion

AsyncLocalStorage er et værdifuldt værktøj til styring af request-scoped variabler i asynkrone JavaScript-miljøer. Det forenkler styringen af kontekst på tværs af asynkrone operationer, hvilket gør koden mere læsbar, vedligeholdelig og sikker. Ved at forstå dets anvendelsesscenarier, bedste praksis og alternativer kan du effektivt udnytte AsyncLocalStorage til at bygge robuste og skalerbare applikationer. Det er dog afgørende at omhyggeligt overveje dets ydeevnemæssige implikationer og bruge det med omtanke for at undgå potentielle problemer. Omfavn AsyncLocalStorage gennemtænkt for at forbedre dine asynkrone JavaScript-udviklingspraksisser.

Ved at inkludere klare eksempler, praktiske råd og et omfattende overblik sigter denne vejledning mod at udstyre udviklere verden over med viden til effektivt at styre asynkron kontekst ved hjælp af AsyncLocalStorage i deres JavaScript-applikationer. Husk at overveje ydeevnemæssige implikationer og alternativer for at sikre den bedste løsning for dine specifikke behov.