Contexto asíncrono de JavaScript: gestión de variables de ámbito de solicitud

La programación asíncrona es una piedra angular del desarrollo moderno de JavaScript, particularmente en entornos como Node.js, donde la E/S no bloqueante es crucial para el rendimiento. Sin embargo, la gestión del contexto en operaciones asíncronas puede ser un desafío. Aquí es donde entra en juego el contexto asíncrono de JavaScript, específicamente AsyncLocalStorage.

¿Qué es el contexto asíncrono?

El contexto asíncrono se refiere a la capacidad de asociar datos con una operación asíncrona que persiste a lo largo de su ciclo de vida. Esto es esencial para escenarios donde se necesita mantener información de ámbito de solicitud (por ejemplo, ID de usuario, ID de solicitud, información de rastreo) en múltiples llamadas asíncronas. Sin una gestión adecuada del contexto, la depuración, el registro y la seguridad pueden volverse significativamente más difíciles.

El desafío de mantener el contexto en operaciones asíncronas

Los enfoques tradicionales para gestionar el contexto, como pasar variables explícitamente a través de llamadas a funciones, pueden volverse engorrosos y propensos a errores a medida que aumenta la complejidad del código asíncrono. El infierno de las devoluciones de llamada y las cadenas de promesas pueden oscurecer el flujo del contexto, lo que lleva a problemas de mantenimiento y posibles vulnerabilidades de seguridad. Considere este ejemplo simplificado:

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

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

En este ejemplo, el userId se pasa repetidamente a través de devoluciones de llamada anidadas. Este enfoque no solo es verbose sino que también acopla estrechamente las funciones, haciéndolas menos reutilizables y más difíciles de probar.

Presentamos AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage es un módulo incorporado en Node.js que proporciona un mecanismo para almacenar datos que son locales para un contexto asíncrono específico. Permite establecer y recuperar valores que se propagan automáticamente a través de los límites asíncronos dentro del mismo contexto de ejecución. Esto simplifica significativamente la gestión de variables de ámbito de solicitud.

Cómo funciona AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage funciona creando un contexto de almacenamiento que está asociado con la operación asíncrona actual. Cuando se inicia una nueva operación asíncrona (por ejemplo, una promesa, una devolución de llamada), el contexto de almacenamiento se propaga automáticamente a la nueva operación. Esto garantiza que los mismos datos sean accesibles a lo largo de toda la cadena de llamadas asíncronas.

Uso básico de AsyncLocalStorage

Aquí hay un ejemplo básico de cómo usar 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');
  // ... fetch data using userId
  return data;
}

async function transformData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... transform data using userId
  return transformedData;
}

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

En este ejemplo:

• Creamos una instancia de AsyncLocalStorage.
• En la función processRequest, usamos asyncLocalStorage.run para ejecutar una función dentro del contexto de una nueva instancia de almacenamiento (un Map en este caso).
• Establecemos el userId en el almacenamiento usando asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• Dentro de las operaciones asíncronas (fetchData, transformData, logData), podemos recuperar el userId usando asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

Casos de uso de AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage es particularmente útil en los siguientes escenarios:

1. Rastreo de solicitudes

En sistemas distribuidos, el rastreo de solicitudes a través de múltiples servicios es crucial para monitorear el rendimiento e identificar cuellos de botella. AsyncLocalStorage se puede usar para almacenar una ID de solicitud única que se propaga a través de los límites del servicio. Esto le permite correlacionar registros y métricas de diferentes servicios, proporcionando una vista completa del recorrido de la solicitud. Por ejemplo, considere una arquitectura de microservicios donde una solicitud del usuario pasa por una puerta de enlace de API, un servicio de autenticación y un servicio de procesamiento de datos. Usando AsyncLocalStorage, se puede generar una ID de solicitud única en la puerta de enlace de la API y propagarse automáticamente a todos los servicios subsiguientes involucrados en el manejo de la solicitud.

2. Contexto de registro

Al registrar eventos, a menudo es útil incluir información contextual, como el ID de usuario, el ID de solicitud o el ID de sesión. AsyncLocalStorage se puede usar para incluir automáticamente esta información en los mensajes de registro, lo que facilita la depuración y el análisis de problemas. Imagine un escenario en el que necesita rastrear la actividad del usuario dentro de su aplicación. Al almacenar el ID de usuario en AsyncLocalStorage, puede incluirlo automáticamente en todos los mensajes de registro relacionados con la sesión de ese usuario, proporcionando información valiosa sobre su comportamiento y los posibles problemas que pueda estar encontrando.

3. Autenticación y autorización

AsyncLocalStorage se puede usar para almacenar información de autenticación y autorización, como los roles y permisos del usuario. Esto le permite hacer cumplir las políticas de control de acceso en toda su aplicación sin tener que pasar explícitamente las credenciales del usuario a cada función. Considere una aplicación de comercio electrónico donde diferentes usuarios tienen diferentes niveles de acceso (por ejemplo, administradores, clientes habituales). Al almacenar los roles del usuario en AsyncLocalStorage, puede verificar fácilmente sus permisos antes de permitirles realizar ciertas acciones, asegurando que solo los usuarios autorizados puedan acceder a datos o funcionalidades confidenciales.

4. Transacciones de base de datos

Cuando se trabaja con bases de datos, a menudo es necesario gestionar transacciones en múltiples operaciones asíncronas. AsyncLocalStorage se puede usar para almacenar la conexión de base de datos o el objeto de transacción, lo que garantiza que todas las operaciones dentro de la misma solicitud se ejecuten dentro de la misma transacción. Por ejemplo, si un usuario está realizando un pedido, es posible que deba actualizar varias tablas (por ejemplo, pedidos, elementos_pedidos, inventario). Al almacenar el objeto de transacción de la base de datos en AsyncLocalStorage, puede asegurarse de que todas estas actualizaciones se realicen dentro de una sola transacción, garantizando la atomicidad y la consistencia.

5. Multi-tenancy

En aplicaciones multi-inquilino, es esencial aislar los datos y los recursos para cada inquilino. AsyncLocalStorage se puede usar para almacenar el ID del inquilino, lo que le permite enrutar dinámicamente las solicitudes al almacén de datos o recurso apropiado en función del inquilino actual. Imagine una plataforma SaaS donde múltiples organizaciones usan la misma instancia de aplicación. Al almacenar el ID del inquilino en AsyncLocalStorage, puede asegurarse de que los datos de cada organización se mantengan separados y que solo tengan acceso a sus propios recursos.

Mejores prácticas para usar AsyncLocalStorage

Si bien AsyncLocalStorage es una herramienta poderosa, es importante usarla con sensatez para evitar posibles problemas de rendimiento y mantener la claridad del código. Aquí hay algunas mejores prácticas a tener en cuenta:

1. Minimizar el almacenamiento de datos

Almacene solo los datos que son absolutamente necesarios en AsyncLocalStorage. El almacenamiento de grandes cantidades de datos puede afectar el rendimiento, especialmente en entornos de alta concurrencia. Por ejemplo, en lugar de almacenar el objeto de usuario completo, considere almacenar solo el ID de usuario y recuperar el objeto de usuario de una caché o base de datos cuando sea necesario.

2. Evitar el cambio de contexto excesivo

El cambio de contexto frecuente también puede afectar el rendimiento. Minimice la cantidad de veces que establece y recupera valores de AsyncLocalStorage. Almacene en caché los valores a los que se accede con frecuencia localmente dentro de la función para reducir la sobrecarga de acceder al contexto de almacenamiento. Por ejemplo, si necesita acceder al ID de usuario varias veces dentro de una función, recupérelo una vez de AsyncLocalStorage y almacénelo en una variable local para su uso posterior.

3. Usar convenciones de nomenclatura claras y consistentes

Utilice convenciones de nomenclatura claras y consistentes para las claves que almacena en AsyncLocalStorage. Esto mejorará la legibilidad y el mantenimiento del código. Por ejemplo, use un prefijo consistente para todas las claves relacionadas con una función o dominio específico, como request.id o user.id.

4. Limpiar después del uso

Si bien AsyncLocalStorage limpia automáticamente el contexto de almacenamiento cuando la operación asíncrona se completa, es una buena práctica borrar explícitamente el contexto de almacenamiento cuando ya no es necesario. Esto puede ayudar a prevenir fugas de memoria y mejorar el rendimiento. Puede lograr esto usando el método exit para borrar explícitamente el contexto.

5. Considerar las implicaciones de rendimiento

Sea consciente de las implicaciones de rendimiento del uso de AsyncLocalStorage, especialmente en entornos de alta concurrencia. Evalúe su código para asegurarse de que cumple con sus requisitos de rendimiento. Perfile su aplicación para identificar posibles cuellos de botella relacionados con la gestión del contexto. Considere enfoques alternativos, como el paso de contexto explícito, si AsyncLocalStorage introduce una sobrecarga de rendimiento inaceptable.

6. Usar con precaución en bibliotecas

Evite usar AsyncLocalStorage directamente en bibliotecas que están destinadas al uso general. Las bibliotecas no deben hacer suposiciones sobre el contexto en el que se están utilizando. En su lugar, proporcione opciones para que los usuarios pasen información contextual explícitamente. Esto permite a los usuarios controlar cómo se gestiona el contexto en sus aplicaciones y evita posibles conflictos o comportamientos inesperados.

Alternativas a AsyncLocalStorage

Si bien AsyncLocalStorage es una herramienta conveniente y poderosa, no siempre es la mejor solución para cada escenario. Aquí hay algunas alternativas a considerar:

1. Paso de contexto explícito

El enfoque más simple es pasar explícitamente la información contextual como argumentos a las funciones. Este enfoque es sencillo y fácil de entender, pero puede volverse engorroso a medida que aumenta la complejidad del código. El paso de contexto explícito es adecuado para escenarios simples donde el contexto es relativamente pequeño y el código no está profundamente anidado. Sin embargo, para escenarios más complejos, puede llevar a un código que es difícil de leer y mantener.

2. Objetos de contexto

En lugar de pasar variables individuales, puede crear un objeto de contexto que encapsule toda la información contextual. Esto puede simplificar las firmas de las funciones y hacer que el código sea más legible. Los objetos de contexto son un buen compromiso entre el paso de contexto explícito y AsyncLocalStorage. Proporcionan una forma de agrupar información contextual relacionada, lo que hace que el código sea más organizado y fácil de entender. Sin embargo, todavía requieren el paso explícito del objeto de contexto a cada función.

3. Async Hooks (para diagnósticos)

El módulo async_hooks de Node.js proporciona un mecanismo más general para rastrear operaciones asíncronas. Si bien es más complejo de usar que AsyncLocalStorage, ofrece mayor flexibilidad y control. async_hooks está destinado principalmente a fines de diagnóstico y depuración. Le permite rastrear el ciclo de vida de las operaciones asíncronas y recopilar información sobre su ejecución. Sin embargo, no se recomienda para la gestión de contexto de propósito general debido a su potencial sobrecarga de rendimiento.

4. Contexto de diagnóstico (OpenTelemetry)

OpenTelemetry proporciona una API estandarizada para recopilar y exportar datos de telemetría, incluidos rastros, métricas y registros. Sus funciones de contexto de diagnóstico ofrecen una solución avanzada y robusta para gestionar la propagación del contexto en sistemas distribuidos. La integración con OpenTelemetry proporciona una forma neutral al proveedor de garantizar la consistencia del contexto en diferentes servicios y plataformas. Esto es particularmente útil en arquitecturas de microservicios complejas donde el contexto debe propagarse a través de los límites del servicio.

Ejemplos del mundo real

Exploremos algunos ejemplos del mundo real de cómo se puede usar AsyncLocalStorage en diferentes escenarios.

1. Aplicación de comercio electrónico: rastreo de solicitudes

En una aplicación de comercio electrónico, puede usar AsyncLocalStorage para rastrear las solicitudes de los usuarios en múltiples servicios, como el catálogo de productos, el carrito de compras y la pasarela de pago. Esto le permite monitorear el rendimiento de cada servicio e identificar los cuellos de botella que podrían estar afectando la experiencia del usuario.

// En la puerta de enlace de la API
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();
  });
});

// En el servicio de catálogo de productos
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Registrar el ID de solicitud junto con otros detalles
  logger.info(`[${requestId}] Obteniendo detalles del producto para el ID del producto: ${productId}`);
  // ... obtener detalles del producto
}

2. Plataforma SaaS: Multi-tenancy

En una plataforma SaaS, puede usar AsyncLocalStorage para almacenar el ID del inquilino y enrutar dinámicamente las solicitudes al almacén de datos o recurso apropiado en función del inquilino actual. Esto garantiza que los datos de cada inquilino se mantengan separados y que solo tengan acceso a sus propios recursos.

// Middleware para extraer el ID del inquilino de la solicitud
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Función para obtener datos para un inquilino específico
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Arquitectura de microservicios: registro de contexto

En una arquitectura de microservicios, puede usar AsyncLocalStorage para almacenar el ID de usuario e incluirlo automáticamente en los mensajes de registro de diferentes servicios. Esto facilita la depuración y el análisis de los problemas que podrían estar afectando a un usuario específico.

// En el servicio de autenticación
app.use((req, res, next) => {
  const userId = req.user.id;
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    next();
  });
});

// En el servicio de procesamiento de datos
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[ID de usuario: ${userId}] Procesando datos: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... procesar datos
}

Conclusión

AsyncLocalStorage es una herramienta valiosa para gestionar variables de ámbito de solicitud en entornos asíncronos de JavaScript. Simplifica la gestión del contexto en operaciones asíncronas, lo que hace que el código sea más legible, mantenible y seguro. Al comprender sus casos de uso, mejores prácticas y alternativas, puede aprovechar eficazmente AsyncLocalStorage para construir aplicaciones robustas y escalables. Sin embargo, es crucial considerar cuidadosamente sus implicaciones de rendimiento y usarlo con sensatez para evitar posibles problemas. Adopte AsyncLocalStorage con atención para mejorar sus prácticas de desarrollo asíncrono de JavaScript.

Al incorporar ejemplos claros, consejos prácticos y una descripción general completa, esta guía tiene como objetivo equipar a los desarrolladores de todo el mundo con el conocimiento para gestionar eficazmente el contexto asíncrono utilizando AsyncLocalStorage en sus aplicaciones JavaScript. Recuerde considerar las implicaciones de rendimiento y las alternativas para asegurar la mejor solución para sus necesidades específicas.