JavaScripti vaikne väljakutse: asünkroonse konteksti ja päringupõhiste muutujate valdamine

Kaasaegse veebiarenduse maailmas, eriti Node.js-iga, on samaaegsus kuningas. Üks Node.js-i protsess suudab käsitleda tuhandeid samaaegseid päringuid, mida võimaldab selle mitteblokeeriv, asünkroonne I/O mudel. Kuid selle võimsusega kaasneb peen, kuid oluline väljakutse: kuidas jälgida ühele päringule omast teavet mitme asünkroonse operatsiooni jooksul?

Kujutage ette, et teie serverisse saabub päring. Te määrate sellele logimiseks kordumatu ID. See päring käivitab seejärel andmebaasipäringu, välise API kõne ja mõned failisüsteemi toimingud – kõik asünkroonsed. Kuidas teab logimisfunktsioon sügaval teie andmebaasimoodulis algse päringu kordumatut ID-d, mis selle kõik käivitas? See on asünkroonse konteksti jälgimise probleem ja selle elegantne lahendamine on ülioluline tugevate, jälgitavate ja hooldatavate rakenduste loomiseks.

See põhjalik juhend viib teid teekonnale läbi selle probleemi arengu JavaScriptis, alates kohmakatest vanadest mustritest kuni kaasaegse, natiivse lahenduseni. Me uurime:

• Põhjus, miks kontekst asünkroonses keskkonnas kaob.
• Ajaloolised lähenemisviisid ja nende lõksud, nagu "prop drilling" ja monkey-patching.
• Süvauurimus kaasaegsesse, kanoonilisse lahendusse: `AsyncLocalStorage` API.
• Praktilised, reaalsed näited logimiseks, hajusjälgimiseks ja kasutaja autoriseerimiseks.
• Parimad tavad ja jõudluse kaalutlused globaalsete rakenduste jaoks.

Lõpuks ei mõista te mitte ainult "mida" ja "kuidas", vaid ka "miks", mis võimaldab teil kirjutada puhtamat, kontekstitundlikumat koodi mis tahes Node.js-i projektis.

Põhiprobleemi mõistmine: täitmiskonteksti kadu

Mõistmaks, miks kontekst kaob, peame kõigepealt uuesti läbi vaatama, kuidas Node.js asünkroonseid toiminguid käsitleb. Erinevalt mitmelõimelistest keeltest, kus iga päring võib saada oma lõime (ja sellega ka lõime-lokaalse salvestusruumi), kasutab Node.js ühte peamist lõime ja sündmusetsüklit. Kui algatatakse asünkroonne toiming, nagu andmebaasipäring, suunatakse ülesanne töötajate kogumisse või aluseks olevasse OS-i. Peamine lõim on vaba teiste päringute käsitlemiseks. Kui toiming on lõpetatud, paigutatakse tagasihelistamisfunktsioon järjekorda ja sündmusetsükkel täidab selle, kui kõnepinu on tühi.

See tähendab, et funktsioon, mis käivitatakse andmebaasipäringu tagastamisel, ei tööta samas kõnepinus kui seda algatanud funktsioon. Algne täitmiskontekst on kadunud. Visualiseerime seda lihtsa serveriga:

            
// Lihtsustatud serveri näide
import http from 'http';
import { randomUUID } from 'crypto';

// Üldine logimisfunktsioon. Kuidas see requestId'i saab?
function log(message) {
  const requestId = '???'; // Probleem on siin!
  console.log(`[${requestId}] - ${message}`);
}

function processUserData() {
  // Kujutage ette, et see funktsioon on sügaval teie rakendusloogikas
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      log('Kasutajaandmete töötlemine on lõpetatud.');
      resolve({ status: 'done' });
    }, 100);
  });
}

http.createServer(async (req, res) => {
  const requestId = randomUUID();
  log('Päring alustatud.'); // See logikõne ei tööta nii nagu peaks

  await processUserData();

  log('Saadan vastuse.');
  res.end('Päring töödeldud.');
}).listen(3000);

            

              
                Copy
              
            
          

Ülaltoodud koodis pole funktsioonil `log` mingit võimalust pääseda juurde serveri päringukäsitluses genereeritud `requestId`ile. Traditsioonilised lahendused sünkroonsetest või mitmelõimelistest paradigmadest ebaõnnestuvad siin:

• Globaalsed muutujad: Järgmine samaaegne päring kirjutaks globaalse `requestId`i kohe üle, põhjustades segaste logide kaootilise segaduse.
• Thread-Local Storage (TLS): See kontseptsioon ei eksisteeri samal kujul, kuna Node.js töötab teie JavaScripti koodi jaoks ühe peamise lõimega.

See põhimõtteline katkestus on probleem, mida peame lahendama.

Lahenduste areng: ajalooline perspektiiv

Enne natiivse lahenduse olemasolu töötas Node.js-i kogukond välja mitu mustrit konteksti levitamise lahendamiseks. Nende mõistmine annab väärtusliku konteksti selle kohta, miks `AsyncLocalStorage` on nii oluline täiustus.

Manuaalne "Drill-Down" lähenemine (Prop Drilling)

Lihtsaim lahendus on lihtsalt edastada kontekst läbi iga funktsiooni kõneahelas. Seda nimetatakse sageli esiotsaraamistikus "prop drillinguks", kuid kontseptsioon on identne.

            
function log(context, message) {
  console.log(`[${context.requestId}] - ${message}`);
}

function processUserData(context) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      log(context, 'Kasutajaandmete töötlemine on lõpetatud.');
      resolve({ status: 'done' });
    }, 100);
  });
}

http.createServer(async (req, res) => {
  const context = { requestId: randomUUID() };
  log(context, 'Päring alustatud.');

  await processUserData(context);

  log(context, 'Saadan vastuse.');
  res.end('Päring töödeldud.');
}).listen(3000);

            

              
                Copy
              
            
          

• Plussid: See on selgesõnaline ja kergesti mõistetav. Andmevoog on selge ja "maagiat" pole kaasatud.
• Miinused: See muster on äärmiselt habras ja raskesti hooldatav. Iga funktsioon kõnepinus, isegi need, mis konteksti otseselt ei kasuta, peavad selle argumendina vastu võtma ja edasi andma. See saastab funktsioonide signatuure ja muutub oluliseks boilerplate koodi allikaks. Selle ühes kohas edastamise unustamine katkestab kogu ahela.

`continuation-local-storage`'i tõus ja Monkey-Patching

Prop drilling'u vältimiseks pöördusid arendajad teekide, nagu `cls-hooked` (algse `continuation-local-storage`'i järeltulija) poole. Need teegid töötasid "monkey-patchinguga" – see tähendab, et Node.js-i põhifunktsioonide (`setTimeout`, `Promise` konstruktorid, `fs` meetodid jne) ümbristega.

Konteksti loomisel tagaks teek, et kõik paigatud asünkroonse meetodi poolt ajastatud tagasihelistamisfunktsioonid oleksid ümbritsetud. Kui tagasihelistamine hiljem täideti, taastaks ümbris enne koodi käivitamist õige konteksti. See tundus nagu maagia, kuid sellel maagial oli hind.

• Plussid: See lahendas prop-drilling probleemi kaunilt. Kontekst oli vaikimisi saadaval kõikjal, mis viis palju puhtama äri loogikani.
• Miinused: Lähenemine oli oma olemuselt habras. See tugines teatud põhiliste API-de paigamisel. Kui Node.js-i uus versioon muutis sisemist rakendust või kui kasutasite teeki, mis käsitles asünkroonseid toiminguid ebatavalisel viisil, võiks kontekst kaduda. See viis raskesti silutavate probleemideni ja pideva hoolduskoormuseni teegi autoritele.

Domeenid: kasutuselt kõrvaldatud põhimoodul

Mõnda aega oli Node.js-il põhimoodul nimega `domain`. Selle peamine eesmärk oli käsitleda vigu I/O toimingute ahelas. Kuigi seda võiks kaasata konteksti levitamiseks, polnud see selleks kunagi mõeldud, sellel oli märkimisväärne jõudluse kulu ja see on ammu kasutuselt kõrvaldatud. Seda ei tohiks kaasaegsetes rakendustes kasutada.

Kaasaegne lahendus: `AsyncLocalStorage`

Pärast aastaid kestnud kogukonna jõupingutusi ja sisekaemusi tutvustas Node.js-i meeskond ametlikku, tugevat ja natiivset lahendust: `AsyncLocalStorage` API, mis on ehitatud võimsa `async_hooks` põhimooduli peale. See pakub stabiilset ja suure jõudlusega viisi saavutada seda, millele `cls-hooked` püüdles, ilma monkey-patchingu varjukülgedeta.

Mõelge `AsyncLocalStorage`ile kui otstarbekohasele tööriistale isoleeritud salvestuskonteksti loomiseks tervele asünkroonsete toimingute ahelale. See on JavaScripti ekvivalent lõime-lokaalsele salvestusruumile, kuid loodud sündmuspõhise maailma jaoks.

Põhimõisted ja API

API on märkimisväärselt lihtne ja koosneb kolmest peamisest meetodist:

• new AsyncLocalStorage(): Alustate klassi eksemplari loomisega. Tavaliselt loote ühe eksemplari ja ekspordite selle jagatud moodulist, et seda kasutada kogu oma rakenduses.
• als.run(store, callback): See on sisendpunkt. See loob uue asünkroonse konteksti. See võtab kaks argumenti: `store` (objekt, kus hoiate oma konteksti andmeid) ja `callback` funktsioon. `callback`il ja kõigil muudel sellest algatatavatel asünkroonsetel toimingutel (ja nende järgnevatel toimingutel) on juurdepääs sellele konkreetsele `store`ile.
• als.getStore(): Seda meetodit kasutatakse praeguse täitmiskontekstiga seotud `store`i toomiseks. Kui kutsute seda väljaspool `als.run()` loodud konteksti, tagastab see `undefined`.

Praktiline näide: Päringupõhise logimise uuesti vaatamine

Refaktoreerime oma esialgse serveri näite `AsyncLocalStorage`i kasutamiseks. See on kanooniline kasutusjuht ja demonstreerib täiuslikult selle võimsust.

1. samm: looge jagatud konteksti moodul

Parim tava on luua oma `AsyncLocalStorage`i eksemplar ühes kohas ja eksportida see.

            
// context.js
import { AsyncLocalStorage } from 'async_hooks';

export const requestContext = new AsyncLocalStorage();

            

              
                Copy
              
            
          

2. samm: looge kontekstitundlik logger

Meie logger võib nüüd olla lihtne ja puhas. See ei pea kontekstiobjekti argumendina vastu võtma.

            
// logger.js
import { requestContext } from './context.js';

export function log(message) {
  const store = requestContext.getStore();
  const requestId = store?.requestId || 'N/A'; // Käsitsege graatsiliselt juhtumeid väljaspool päringut
  console.log(`[${requestId}] - ${message}`);
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. samm: integreerige see serveri sisendpunkti

Võti on ümbritseda kogu päringu käsitlemise loogika `requestContext.run()`iga.

            
// server.js
import http from 'http';
import { randomUUID } from 'crypto';
import { requestContext } from './context.js';
import { log } from './logger.js';

// See funktsioon võib olla kõikjal teie koodibaasis
function someDeepBusinessLogic() {
  log('Täidetakse sügavat äri loogikat...'); // See lihtsalt töötab!
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => {
    log('Lõpetatud sügav äri loogika.');
    resolve({ data: 'some result' });
  }, 50));
}

const server = http.createServer((req, res) => {
  // Looge selle konkreetse päringu jaoks store
  const store = new Map();
  store.set('requestId', randomUUID());

  // Käivitage kogu päringu elutsükkel asünkroonses kontekstis
  requestContext.run(store, async () => {
    log(`Vastu võetud päring: ${req.url}`);

    await someDeepBusinessLogic();

    res.setHeader('Content-Type', 'application/json');
    res.end(JSON.stringify({ message: 'OK' }));
    log('Vastus saadetud.');
  });
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('Server töötab pordil 3000');
});

            

              
                Copy
              
            
          

Pange tähele siinset elegantsi. Funktsioonil `someDeepBusinessLogic` ja funktsioonil `log` pole aimugi, et nad on osa suuremast päringukontekstist. Nad on lahti haagitud ja puhtad. Konteksti levitatakse vaikimisi `AsyncLocalStorage`i abil, võimaldades meil selle hankida täpselt sealt, kus me seda vajame. See on tohutu edasiminek koodi kvaliteedis ja hooldatavuses.

Kuidas see kapoti all töötab (kontseptuaalne ülevaade)

`AsyncLocalStorage`i maagiat toidab `async_hooks` API. See madala taseme API võimaldab arendajatel jälgida kõigi asünkroonsete ressursside elutsüklit Node.js-i rakenduses (nagu lubadused, taimerid, TCP ümbrised jne).

Kui helistate `als.run(store, ...)`, ütleb `AsyncLocalStorage` `async_hooks`ile: "Praeguse asünkroonse ressursi ja kõigi uute asünkroonsete ressursside jaoks, mille see loob, seostage need selle `store`iga.". Node.js säilitab nende asünkroonsete ressursside sisemise graafiku. Kui kutsutakse `als.getStore()`, läbib see lihtsalt selle graafiku praegusest asünkroonsest ressursist kuni leiab `store`i, mille `run()` külge kinnitas.

Kuna see on sisse ehitatud Node.js-i käituskeskkonda, on see uskumatult vastupidav. Pole tähtis, millist asünkroonset toimingut te kasutate – `async/await`, `.then()`, `setTimeout`, sündmuse emitterid – konteksti levitatakse õigesti.

Täiustatud kasutusjuhtumid ja globaalsed parimad tavad

`AsyncLocalStorage` ei ole mõeldud ainult logimiseks. See avab laia valiku võimsaid mustreid, mis on hädavajalikud kaasaegsetele hajusüsteemidele.

Rakenduse jõudluse jälgimine (APM) ja hajusjälgimine

Mikroteenuste arhitektuuris võib üks kasutajapäring läbida kümneid teenuseid. Jõudlusprobleemide silumiseks peate jälgima kogu selle teekonda. Hajusjälgimise standardid, nagu OpenTelemetry, lahendavad selle `traceId`i ja `spanId`i levitamisega üle teenusepiiride (tavaliselt HTTP päistes).

Ühe Node.js-i teenuse sees on `AsyncLocalStorage` ideaalne tööriist selle jälgimisteabe kandmiseks. Vahevara saab sissetuleva päringu päistest eraldada jälgimispäised, salvestada need asünkroonse konteksti ja kõik selle päringu ajal tehtud väljaminevad API kõned saavad seejärel need ID-d hankida ja süstida need oma päistesse, luues sujuva, ühendatud jälje.

Kasutaja autentimine ja autoriseerimine

Selle asemel, et edastada `user` objekti oma autentimisvahevarast alla igale teenusele ja funktsioonile, saate asünkroonse konteksti salvestada kriitilist kasutajateavet (nagu `userId`, `tenantId` või `roles`). Andmetele juurdepääsu kiht sügaval teie rakenduses saab seejärel helistada `requestContext.getStore()`ile, et hankida praeguse kasutaja ID ja rakendada turvareegleid, nagu "lubage kasutajatel päringuid teha ainult oma tenant ID-le kuuluvate andmete kohta".

            
// authMiddleware.js
app.use((req, res, next) => {
  const user = authenticateUser(req.headers.authorization);
  const store = new Map([['user', user]]);
  requestContext.run(store, next);
});

// userRepository.js
import { requestContext } from './context.js';

function findPosts() {
  const store = requestContext.getStore();
  const user = store.get('user');
  // Filtreerige postitused automaatselt praeguse kasutaja ID järgi
  return db.query('SELECT * FROM posts WHERE author_id = ?', [user.id]);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Funktsioonilipud ja A/B testimine

Saate määrata, millistesse funktsioonilippudesse või A/B testi variantidesse kasutaja kuulub päringu alguses, ja salvestada selle teabe konteksti. Erinevad komponendid ja teenused saavad seejärel seda konteksti kontrollida, et muuta oma käitumist või välimust, ilma et liputeavet neile selgesõnaliselt edastataks.

Parimad tavad globaalsetele meeskondadele

1. Tsentraliseerige kontekstihaldus: Looge alati üks, jagatud `AsyncLocalStorage`i eksemplar spetsiaalses moodulis. See tagab järjepidevuse ja hoiab ära konfliktid.
2. Määratlege selge skeem: `store` võib olla mis tahes objekt, kuid seda on mõistlik käsitleda ettevaatusega. Kasutage `Map`i paremaks võtmete haldamiseks või määratlege oma store'i kuju jaoks TypeScripti liides (`{ requestId: string; user?: User; }`). See hoiab ära trükivead ja muudab konteksti sisu ennustatavaks.
3. Vahevara on teie sõber: Parim koht konteksti initsialiseerimiseks `als.run()`iga on ülataseme vahevaras sellistes raamistikutes nagu Express, Koa või Fastify. See tagab konteksti kättesaadavuse kogu päringu elutsükli jooksul.
4. Käsitlege puuduvat konteksti graatsiliselt: Kood võib töötada väljaspool päringukonteksti (nt taustatöödes, cron ülesannetes või käivitus skriptides). Teie funktsioonid, mis sõltuvad `getStore()`ist, peaksid alati eeldama, et see võib tagastada `undefined` ja neil peaks olema mõistlik varukäitumine.

Jõudluse kaalutlused ja võimalikud lõksud

Kuigi `AsyncLocalStorage` on mängumuutja, on oluline olla teadlik selle omadustest.

• Jõudluse lisakulu: `async_hooks`i lubamine (mida `AsyncLocalStorage` kaudselt teeb) lisab igale asünkroonsele toimingule väikese, kuid mitte nullise lisakulu. Enamiku veebirakenduste jaoks on see lisakulu tühine võrreldes võrgu- või andmebaasiviivitusega. Kuid äärmiselt suure jõudlusega, CPU-piiratud stsenaariumide korral tasub seda võrdlusalusena hinnata.
• Mälu kasutus: `store` objekt säilitatakse mälus kogu asünkroonse ahela vältel. Vältige suurte objektide (nagu terved päringukehad või andmebaasi tulemuste komplektid) salvestamist konteksti. Hoidke see sihvakas ja keskenduge väikestele, olulistele andmetükkidele, nagu ID-d, lipud ja kasutaja metaandmed.
• Konteksti lekkimine: Olge ettevaatlik pikaajaliste sündmuseemitterite või vahemäludega, mis on initsialiseeritud päringukontekstis. Kui kuulaja luuakse `als.run()` sees, kuid see käivitatakse kaua pärast päringu lõppu, võib see valesti kinni hoida vanast kontekstist. Veenduge, et teie kuulajate elutsüklit hallatakse nõuetekohaselt.

Järeldus: uus paradigma puhtaks, kontekstitundlikuks koodiks

JavaScripti asünkroonse konteksti jälgimine on arenenud keerulisest probleemist kohmakate lahendustega lahendatud väljakutseks puhta, natiivse API-ga. `AsyncLocalStorage` pakub tugevat, suure jõudlusega ja hooldatavat viisi päringupõhiste andmete levitamiseks, kahjustamata teie rakenduse arhitektuuri.

Selle kaasaegse API omaksvõtmisega saate dramaatiliselt parandada oma süsteemide jälgitavust struktureeritud logimise ja jälgimise kaudu, tugevdada turvalisust kontekstitundliku autoriseerimisega ja lõppkokkuvõttes kirjutada puhtamat, lahti haagitud äri loogikat. See on põhiline tööriist, mis peaks olema igal kaasaegsel Node.js-i arendajal oma tööriistakomplektis. Nii et minge edasi, refaktoreerige see vana prop-drilling kood – teie tulevane mina tänab teid selle eest.