Nedarvning af asynkrone kontekstvariabler i JavaScript: Mestring af kontekstpropageringskæden

Asynkron programmering er en hjørnesten i moderne JavaScript-udvikling, især i Node.js- og browsermiljøer. Selvom det giver betydelige ydeevnefordele, introducerer det også kompleksitet, især når det gælder håndtering af kontekst over asynkrone operationer. At sikre, at variabler og relevante data er tilgængelige i hele eksekveringskæden, er afgørende for opgaver som logning, autentificering, sporing og anmodningshåndtering. Det er her, forståelse og implementering af korrekt nedarvning af asynkrone kontekstvariabler bliver essentielt.

Forståelse af udfordringerne ved asynkron kontekst

I synkron JavaScript er adgang til variabler ligetil. Variabler erklæret i et forældrescope er let tilgængelige i børnescopes. Asynkrone operationer forstyrrer dog denne enkle model. Callbacks, promises og async/await introducerer punkter, hvor eksekveringskonteksten kan skifte, hvilket potentielt kan føre til tab af adgang til vigtige data. Overvej følgende eksempel:

            function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

  setTimeout(() => {
    // Problem: Hvordan tilgår vi userId her?
    console.log(`Processing request for user: ${userId}`); // userId kan være undefined!
    res.send('Request processed');
  }, 1000);
}

            

              
                Copy
              
            
          

I dette forenklede scenarie er `userId`'et, der hentes fra anmodningens headers, muligvis ikke pålideligt tilgængeligt i `setTimeout`-callback'et. Dette skyldes, at callback'et eksekveres i en anden event loop-iteration, hvilket potentielt kan føre til tab af den oprindelige kontekst.

Introduktion til AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage, introduceret i Node.js 14, tilbyder en mekanisme til at gemme og hente data, der vedvarer på tværs af asynkrone operationer. Det fungerer som thread-local storage i andre sprog, men er specifikt designet til JavaScripts hændelsesdrevne, ikke-blokerende miljø.

Hvordan AsyncLocalStorage virker

AsyncLocalStorage giver dig mulighed for at oprette en storage-instans, der bevarer sine data i hele levetiden af en asynkron eksekveringskontekst. Denne kontekst propageres automatisk på tværs af `await`-kald, promises og andre asynkrone grænser, hvilket sikrer, at de gemte data forbliver tilgængelige.

Grundlæggende brug af AsyncLocalStorage

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    setTimeout(() => {
      const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
      console.log(`Processing request for user: ${currentUserId}`);
      res.send('Request processed');
    }, 1000);
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

I dette reviderede eksempel opretter `AsyncLocalStorage.run()` en ny eksekveringskontekst med et indledende store (i dette tilfælde et `Map`). `userId`'et gemmes derefter i denne kontekst ved hjælp af `asyncLocalStorage.getStore().set()`. Inde i `setTimeout`-callback'et henter `asyncLocalStorage.getStore().get()` `userId`'et fra konteksten, hvilket sikrer, at det er tilgængeligt selv efter den asynkrone forsinkelse.

Nøglebegreber: Store og Run

• Store: Store er en beholder for dine kontekstdata. Det kan være ethvert JavaScript-objekt, men det er almindeligt at bruge et `Map` eller et simpelt objekt. Store er unikt for hver asynkron eksekveringskontekst.
• Run: `run()`-metoden eksekverer en funktion inden for konteksten af AsyncLocalStorage-instansen. Den accepterer et store og en callback-funktion. Alt inden i den callback (og eventuelle asynkrone operationer, den udløser) vil have adgang til det pågældende store.

AsyncResource: Brobygning til native asynkrone operationer

Selvom AsyncLocalStorage tilbyder en kraftfuld mekanisme til kontekstpropagering i JavaScript-kode, udvides den ikke automatisk til native asynkrone operationer som filsystemadgang eller netværksanmodninger. AsyncResource bygger bro over dette hul ved at lade dig eksplicit associere disse operationer med den nuværende AsyncLocalStorage-kontekst.

Forståelse af AsyncResource

AsyncResource giver dig mulighed for at oprette en repræsentation af en asynkron operation, der kan spores af AsyncLocalStorage. Dette sikrer, at AsyncLocalStorage-konteksten propageres korrekt til de callbacks eller promises, der er forbundet med den native asynkrone operation.

Brug af AsyncResource

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    const resource = new AsyncResource('file-read-operation');

    fs.readFile('data.txt', 'utf8', (err, data) => {
      resource.runInAsyncScope(() => {
        const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
        console.log(`Processing data for user ${currentUserId}: ${data.length} bytes read`);
        res.send('Request processed');
        resource.emitDestroy();
      });
    });
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksempel bruges `AsyncResource` til at wrappe `fs.readFile`-operationen. `resource.runInAsyncScope()` sikrer, at callback-funktionen for `fs.readFile` eksekveres inden for konteksten af AsyncLocalStorage, hvilket gør `userId` tilgængeligt. Kaldet til `resource.emitDestroy()` er afgørende for at frigive ressourcer og forhindre hukommelseslækager, efter den asynkrone operation er afsluttet. Bemærk: Hvis `emitDestroy()` ikke kaldes, kan det føre til ressourcelækager og ustabilitet i applikationen.

Nøglebegreber: Ressourcestyring

• Oprettelse af ressource: Opret en `AsyncResource`-instans, før den asynkrone operation påbegyndes. Konstruktøren tager et navn (bruges til fejlfinding) og et valgfrit `triggerAsyncId`.
• Kontekstpropagering: Brug `runInAsyncScope()` til at eksekvere callback-funktionen inden for AsyncLocalStorage-konteksten.
• Ressourcefrigørelse: Kald `emitDestroy()`, når den asynkrone operation er fuldført, for at frigive ressourcer.

Opbygning af en kontekstpropageringskæde

Den sande styrke ved AsyncLocalStorage og AsyncResource ligger i deres evne til at skabe en kontekstpropageringskæde, der spænder over flere asynkrone operationer og funktionskald. Dette giver dig mulighed for at opretholde en konsistent og pålidelig kontekst i hele din applikation.

Eksempel: Et asynkront flow i flere lag

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

async function fetchData() {
  return new Promise((resolve) => {
    const resource = new AsyncResource('data-fetch');
    fs.readFile('data.txt', 'utf8', (err, data) => {
      resource.runInAsyncScope(() => {
        resolve(data);
        resource.emitDestroy();
      });
    });
  });
}

async function processData(data) {
  const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`Processing data for user ${currentUserId}: ${data.length} bytes`);
  return `Processed by user ${currentUserId}: ${data.substring(0, 20)}...`;
}

async function sendResponse(processedData, res) {
  res.send(processedData);
}

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    const data = await fetchData();
    const processedData = await processData(data);
    await sendResponse(processedData, res);
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksempel starter `processRequest` flowet. Det bruger `AsyncLocalStorage.run()` til at etablere den indledende kontekst med `userId`. `fetchData` læser data fra en fil asynkront ved hjælp af `AsyncResource`. `processData` tilgår derefter `userId` fra AsyncLocalStorage for at behandle dataene. Til sidst sender `sendResponse` de behandlede data tilbage til klienten. Nøglen er, at `userId` er tilgængeligt i hele denne asynkrone kæde på grund af den kontekstpropagering, som AsyncLocalStorage leverer.

Fordele ved en kontekstpropageringskæde

• Forenklet logning: Få adgang til anmodningsspecifik information (f.eks. bruger-ID, anmodnings-ID) i din logningslogik uden eksplicit at skulle sende det ned gennem flere funktionskald. Dette gør fejlfinding og revision lettere.
• Centraliseret konfiguration: Gem konfigurationsindstillinger, der er relevante for en bestemt anmodning eller operation, i AsyncLocalStorage-konteksten. Dette giver dig mulighed for dynamisk at justere applikationens adfærd baseret på konteksten.
• Forbedret observerbarhed: Integrer med sporingssystemer for at følge eksekveringsflowet af asynkrone operationer og identificere ydeevneflaskehalse.
• Forbedret sikkerhed: Håndter sikkerhedsrelateret information (f.eks. autentificeringstokens, autorisationsroller) inden for konteksten for at sikre konsistent og sikker adgangskontrol.

Bedste praksis for brug af AsyncLocalStorage og AsyncResource

Selvom AsyncLocalStorage og AsyncResource er kraftfulde værktøjer, bør de bruges med omtanke for at undgå performance-overhead og potentielle faldgruber.

Minimer størrelsen på store

Gem kun de data, der er absolut nødvendige for den asynkrone kontekst. Undgå at gemme store objekter eller unødvendige data, da dette kan påvirke ydeevnen. Overvej at bruge lette datastrukturer som Maps eller almindelige JavaScript-objekter.

Undgå overdreven kontekstskift

Hyppige kald til `AsyncLocalStorage.run()` kan introducere performance-overhead. Gruppér relaterede asynkrone operationer inden for en enkelt kontekst, når det er muligt. Undgå unødvendigt at neste AsyncLocalStorage-kontekster.

Håndter fejl elegant

Sørg for, at fejl inden for AsyncLocalStorage-konteksten håndteres korrekt. Brug try-catch-blokke eller fejlhåndteringsmiddleware for at forhindre, at ubehandlede undtagelser forstyrrer kontekstpropageringskæden. Overvej at logge fejl med kontekstspecifik information hentet fra AsyncLocalStorage store for lettere fejlfinding.

Brug AsyncResource ansvarligt

Kald altid `resource.emitDestroy()`, efter den asynkrone operation er afsluttet, for at frigive ressourcer. Hvis dette undlades, kan det føre til hukommelseslækager og ustabilitet i applikationen. Brug kun AsyncResource, når det er nødvendigt for at bygge bro mellem JavaScript-kode og native asynkrone operationer. For rene JavaScript asynkrone operationer er AsyncLocalStorage alene ofte tilstrækkeligt.

Overvej ydeevnekonsekvenser

AsyncLocalStorage og AsyncResource introducerer en vis performance-overhead. Selvom det generelt er acceptabelt for de fleste applikationer, er det vigtigt at være opmærksom på den potentielle indvirkning, især i ydeevnekritiske scenarier. Profilér din kode og mål ydeevneindvirkningen af at bruge AsyncLocalStorage og AsyncResource for at sikre, at den opfylder din applikations krav.

Eksempel: Implementering af en brugerdefineret logger med AsyncLocalStorage

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const logger = {
  log: (message) => {
    const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'N/A';
    console.log(`[${requestId}] ${message}`);
  },
  error: (message) => {
    const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'N/A';
    console.error(`[${requestId}] ERROR: ${message}`);
  },
};

function processRequest(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(7); // Generer et unikt anmodnings-ID

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    logger.log('Request received');
    next(); // Overfør kontrol til næste middleware
  });
}

// Eksempel på brug (i en Express.js-applikation)
// app.use(processRequest);
// app.get('/data', (req, res) => {
//   logger.log('Fetching data...');
//   res.send('Data retrieved successfully');
// });

// I tilfælde af fejl:
// try {
//   // noget kode, der kan kaste en fejl
// } catch (error) {
//   logger.error(`An error occurred: ${error.message}`);
//   // ...
// }

            

              
                Copy
              
            
          

Dette eksempel demonstrerer, hvordan AsyncLocalStorage kan bruges til at implementere en brugerdefineret logger, der automatisk inkluderer anmodnings-ID'et i hver logbesked. Dette fjerner behovet for eksplicit at sende anmodnings-ID'et til logningsfunktionerne, hvilket gør koden renere og lettere at vedligeholde.

Alternativer til AsyncLocalStorage

Selvom AsyncLocalStorage tilbyder en robust løsning til kontekstpropagering, findes der andre tilgange. Afhængigt af din applikations specifikke behov kan disse alternativer være mere egnede.

Eksplicit kontekst-videregivelse

Den enkleste tilgang er eksplicit at videregive kontekstdata som argumenter til funktionskald. Selvom det er ligetil, kan det blive besværligt og fejlbehæftet, især i komplekse asynkrone flows. Det kobler også funktioner tæt til kontekstdataene, hvilket gør koden mindre modulær og genanvendelig.

cls-hooked (Community-modul)

`cls-hooked` er et populært community-modul, der tilbyder en lignende funktionalitet som AsyncLocalStorage, men er afhængig af monkey-patching af Node.js API'et. Selvom det i nogle tilfælde kan være lettere at bruge, anbefales det generelt at bruge det native AsyncLocalStorage, når det er muligt, da det er mere performant og mindre tilbøjeligt til at introducere kompatibilitetsproblemer.

Biblioteker til kontekstpropagering

Flere biblioteker tilbyder abstraktioner på et højere niveau for kontekstpropagering. Disse biblioteker tilbyder ofte funktioner som automatisk sporing, logningsintegration og understøttelse af forskellige konteksttyper. Eksempler inkluderer biblioteker designet til specifikke frameworks eller observerbarhedsplatforme.

Konklusion

JavaScript AsyncLocalStorage og AsyncResource tilbyder kraftfulde mekanismer til at håndtere kontekst på tværs af asynkrone operationer. Ved at forstå begreberne stores, runs og ressourcestyring kan du bygge robuste, vedligeholdelsesvenlige og observerbare asynkrone applikationer. Selvom der findes alternativer, tilbyder AsyncLocalStorage en native og performant løsning til de fleste brugsscenarier. Ved at følge bedste praksis og omhyggeligt overveje ydeevnekonsekvenserne kan du udnytte AsyncLocalStorage til at forenkle din kode og forbedre den overordnede kvalitet af dine asynkrone applikationer. Dette resulterer i kode, der ikke kun er lettere at fejlfinde, men også mere sikker, pålidelig og skalerbar i nutidens komplekse asynkrone miljøer. Glem ikke det afgørende skridt med `resource.emitDestroy()`, når du bruger `AsyncResource` for at forhindre potentielle hukommelseslækager. Omfavn disse værktøjer for at overvinde kompleksiteten ved asynkron kontekst og bygge virkelig enestående JavaScript-applikationer.