JavaScript Asynkrone Kontekstvariabler: En Dybdegående Gennemgang af Request Tracking

Asynkron programmering er fundamental for moderne JavaScript-udvikling, især i miljøer som Node.js. Det kan dog være en udfordring at håndtere tilstand og kontekst på tværs af asynkrone operationer. Det er her, Asynkrone Kontekstvariabler (ACV) kommer ind i billedet. Denne artikel giver en omfattende guide til at forstå og implementere Asynkrone Kontekstvariabler for robust request tracking og forbedret diagnostik.

Hvad er Asynkrone Kontekstvariabler?

Asynkrone Kontekstvariabler, også kendt som AsyncLocalStorage i Node.js, tilbyder en mekanisme til at gemme og tilgå data, der er lokal for den nuværende asynkrone eksekveringskontekst. Tænk på det som tråd-lokal lagring i andre sprog, men tilpasset til JavaScripts enkelttrådede, hændelsesdrevne natur. Dette giver dig mulighed for at associere data med en asynkron operation og tilgå dem konsekvent gennem hele operationens livscyklus, uanset hvor mange asynkrone kald der foretages.

Traditionelle tilgange til request tracking, såsom at videregive data gennem funktionsargumenter, kan blive besværlige og fejlbehæftede, efterhånden som applikationens kompleksitet vokser. Asynkrone Kontekstvariabler tilbyder en renere og mere vedligeholdelsesvenlig løsning.

Hvorfor bruge Asynkrone Kontekstvariabler til Request Tracking?

Request tracking er afgørende af flere grunde:

• Fejlfinding: Når en fejl opstår, er det nødvendigt at forstå den kontekst, den skete i. Request ID'er, bruger-ID'er og andre relevante data kan hjælpe med at finde kilden til problemet.
• Logging: At berige logbeskeder med anmodningsspecifik information gør det lettere at spore en anmodnings eksekveringsflow og identificere performanceflaskehalse.
• Performanceovervågning: Sporing af anmodningers varighed og ressourceforbrug kan hjælpe med at identificere langsomme endpoints og optimere applikationens ydeevne.
• Sikkerhedsrevision: Logning af brugerhandlinger og tilhørende data kan give værdifuld indsigt til sikkerhedsrevisioner og overholdelse af regler.

Asynkrone Kontekstvariabler forenkler request tracking ved at levere et centralt, let tilgængeligt lager for anmodningsspecifikke data. Dette eliminerer behovet for manuelt at propagere kontekstdata gennem flere funktionskald og asynkrone operationer.

Implementering af Asynkrone Kontekstvariabler i Node.js

Node.js leverer modulet async_hooks, som inkluderer klassen AsyncLocalStorage, til håndtering af asynkron kontekst. Her er et grundlæggende eksempel:

Eksempel: Grundlæggende Request Tracking med AsyncLocalStorage

Først skal du importere de nødvendige moduler:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Opret en instans af AsyncLocalStorage:

            const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

            

              
                Copy
              
            
          

Opret en HTTP-server, der bruger AsyncLocalStorage til at gemme og hente et request ID:

            const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    setTimeout(() => {
      console.log(`Request ID inside timeout: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);
      res.end('Hello, world!');
    }, 100);
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Start serveren:

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

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksempel opretter asyncLocalStorage.run() en ny asynkron kontekst. Inden for denne kontekst sætter vi requestId. Funktionen setTimeout, som eksekveres asynkront, kan stadig tilgå requestId, fordi den er inden for den samme asynkrone kontekst.

Forklaring

• AsyncLocalStorage: Leverer API'et til at håndtere asynkron kontekst.
• asyncLocalStorage.run(store, callback): Eksekverer callback-funktionen inden for en ny asynkron kontekst. store-argumentet er en startværdi for konteksten (f.eks. et Map eller et objekt).
• asyncLocalStorage.getStore(): Returnerer den aktuelle asynkrone konteksts lager.

Avancerede Scenarier for Request Tracking

Det grundlæggende eksempel demonstrerer de fundamentale principper. Her er mere avancerede scenarier:

Scenarie 1: Integration med en Database

Du kan bruge Asynkrone Kontekstvariabler til automatisk at inkludere request ID'er i databaseforespørgsler. Dette er især nyttigt til revision og fejlfinding af databaseinteraktioner.

            const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const http = require('http');
const { Pool } = require('pg'); // Assuming PostgreSQL

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const pool = new Pool({
  user: 'your_user',
  host: 'your_host',
  database: 'your_database',
  password: 'your_password',
  port: 5432,
});

// Funktion til at udføre en forespørgsel med request ID
async function executeQuery(queryText, values = []) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'unknown';
  const enrichedQueryText = `/* requestId: ${requestId} */ ${queryText}`;
  try {
     const res = await pool.query(enrichedQueryText, values);
     return res;
  } catch (err) {
     console.error("Error executing query:", err);
     throw err;
  }

}

const server = http.createServer(async (req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    try {
      // Eksempel: Indsæt data i en tabel
      const result = await executeQuery('SELECT NOW()');
      console.log("Query result:", result.rows);
      res.end('Hello, database!');
    } catch (error) {
      console.error("Request failed:", error);
      res.statusCode = 500;
      res.end('Internal Server Error');
    }

  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksempel henter executeQuery-funktionen request ID'et fra AsyncLocalStorage og inkluderer det som en kommentar i SQL-forespørgslen. Dette giver dig mulighed for nemt at spore databaseforespørgsler tilbage til specifikke anmodninger.

Scenarie 2: Distribueret Tracing

For komplekse applikationer med flere microservices kan du bruge Asynkrone Kontekstvariabler til at propagere sporingsinformation på tværs af servicegrænser. Dette muliggør end-to-end request tracing, hvilket er essentielt for at identificere performanceflaskehalse og fejlsøge distribuerede systemer.

Dette indebærer typisk at generere et unikt trace ID i starten af en anmodning og propagere det til alle downstream-services. Dette kan gøres ved at inkludere trace ID'et i HTTP-headere.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const server = http.createServer((req, res) => {
  const traceId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Trace ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('traceId')}`);

    // Lav en anmodning til en anden service
    makeRequestToAnotherService(traceId)
      .then(data => {
        res.end(`Response from other service: ${data}`);
      })
      .catch(err => {
        console.error('Error making request:', err);
        res.statusCode = 500;
        res.end('Error from upstream service');
      });

  });
});

async function makeRequestToAnotherService(traceId) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const options = {
      hostname: 'example.com',
      port: 443,
      path: '/',
      method: 'GET',
      headers: {
        'X-Trace-ID': traceId, // Propager trace ID i HTTP-header
      },
    };

    const req = https.request(options, (res) => {
      let data = '';

      res.on('data', (chunk) => {
        data += chunk;
      });

      res.on('end', () => {
        resolve(data);
      });
    });

    req.on('error', (error) => {
      reject(error);
    });

    req.end();
  });
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

Den modtagende service kan derefter udtrække trace ID'et fra HTTP-headeren og gemme det i sin egen AsyncLocalStorage. Dette skaber en kæde af trace ID'er, der spænder over flere services, hvilket muliggør end-to-end request tracing.

Scenarie 3: Log-korrelation

Konsekvent logging med anmodningsspecifik information gør det muligt at korrelere logs på tværs af flere services og komponenter. Dette gør det lettere at diagnosticere problemer og spore flowet af anmodninger gennem systemet. Biblioteker som Winston og Bunyan kan integreres for automatisk at inkludere AsyncLocalStorage-data i logbeskeder.

Her er, hvordan man konfigurerer Winston for automatisk log-korrelation:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

// Konfigurer Winston logger
const logger = winston.createLogger({
  level: 'info',
  format: winston.format.combine(
    winston.format.timestamp(),
    winston.format.printf(({ timestamp, level, message }) => {
      const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'unknown';
      return `${timestamp} [${level}] [requestId:${requestId}] ${message}`;
    })
  ),
  transports: [
    new winston.transports.Console(),
  ],
});

const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    logger.info('Request received');

    setTimeout(() => {
      logger.info('Processing request...');
      res.end('Hello, logging!');
    }, 100);
  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Ved at konfigurere Winston-loggeren til at inkludere request ID'et fra AsyncLocalStorage, vil alle logbeskeder inden for anmodningskonteksten automatisk blive tagget med request ID'et.

Bedste Praksis for Brug af Asynkrone Kontekstvariabler

• Initialisér AsyncLocalStorage Tidligt: Opret og initialisér din AsyncLocalStorage-instans så tidligt som muligt i din applikations livscyklus. Dette sikrer, at den er tilgængelig i hele din applikation.
• Brug en Konsekvent Navngivningskonvention: Etablér en konsekvent navngivningskonvention for dine kontekstvariabler. Dette gør det lettere at forstå og vedligeholde din kode. For eksempel kan du præfikse alle kontekstvariabelnavne med acv_.
• Minimér Kontekstdata: Gem kun essentielle data i den asynkrone kontekst. Store kontekstobjekter kan påvirke ydeevnen. Overvej at gemme referencer til andre objekter i stedet for objekterne selv.
• Håndter Fejl Omhyggeligt: Sørg for, at din fejlhåndteringslogik rydder korrekt op i den asynkrone kontekst. Ufangede undtagelser kan efterlade konteksten i en inkonsistent tilstand.
• Overvej Performance-implikationer: Selvom AsyncLocalStorage generelt er performant, kan overdreven brug eller store kontekstobjekter påvirke ydeevnen. Mål ydeevnen af din applikation efter implementering af AsyncLocalStorage.
• Brug med Forsigtighed i Biblioteker: Undgå at bruge AsyncLocalStorage i biblioteker, der er beregnet til at blive brugt af andre, da det kan føre til uventet adfærd og konflikter med forbrugerapplikationens egen brug af AsyncLocalStorage.

Alternativer til Asynkrone Kontekstvariabler

Selvom Asynkrone Kontekstvariabler tilbyder en kraftfuld løsning til request tracking, findes der alternative tilgange:

• Manuel Kontekstpropagering: Overførsel af kontekstdata som funktionsargumenter. Denne tilgang er enkel for små applikationer, men bliver besværlig og fejlbehæftet, efterhånden som kompleksiteten vokser.
• Middleware: Brug af middleware til at injicere kontekstdata i request-objekter. Denne tilgang er almindelig i web-frameworks som Express.js.
• Kontekstpropageringsbiblioteker: Biblioteker, der tilbyder abstraktioner på et højere niveau for kontekstpropagering. Disse biblioteker kan forenkle implementeringen af komplekse sporingsscenarier.

Valget af tilgang afhænger af de specifikke krav til din applikation. Asynkrone Kontekstvariabler er særligt velegnede til komplekse asynkrone arbejdsgange, hvor manuel kontekstpropagering bliver svær at håndtere.

Konklusion

Asynkrone Kontekstvariabler tilbyder en kraftfuld og elegant løsning til håndtering af tilstand og kontekst i asynkrone JavaScript-applikationer. Ved at bruge Asynkrone Kontekstvariabler til request tracking kan du markant forbedre dine applikationers fejlfindingsmuligheder, vedligeholdelse og ydeevne. Fra grundlæggende request ID-sporing til avanceret distribueret tracing og log-korrelation, giver AsyncLocalStorage dig mulighed for at bygge mere robuste og observerbare systemer. At forstå og implementere disse teknikker er essentielt for enhver udvikler, der arbejder med asynkron JavaScript, især i komplekse server-side miljøer.