JavaScript'i asünkroonne kontekst: päringupõhiste muutujate lahtimõtestamine

Asünkroonne programmeerimine on kaasaegse JavaScripti nurgakivi, eriti keskkondades nagu Node.js, kus samaaegsete päringute käsitlemine on esmatähtis. Olekute ja sõltuvuste haldamine asünkroonsete operatsioonide vahel võib aga kiiresti keeruliseks muutuda. Päringupõhised muutujad, mis on kättesaadavad kogu ühe päringu elutsükli vältel, pakuvad võimsat lahendust. See artikkel süveneb JavaScripti asünkroonse konteksti kontseptsiooni, keskendudes päringupõhistele muutujatele ja tehnikatele nende tõhusaks haldamiseks. Uurime erinevaid lähenemisviise, alates natiivsetest moodulitest kuni kolmandate osapoolte teekideni, pakkudes praktilisi näiteid ja teadmisi, mis aitavad teil ehitada vastupidavaid ja hooldatavaid rakendusi.

Asünkroonse konteksti mõistmine JavaScriptis

JavaScripti ühelõimeline olemus koos sündmuste tsükliga (event loop) võimaldab mitteblokeerivaid operatsioone. See asünkroonsus on oluline reageerimisvõimeliste rakenduste ehitamiseks. Siiski toob see kaasa ka väljakutseid konteksti haldamisel. Sünkroonses keskkonnas on muutujad loomulikult funktsioonide ja plokkide piires. Seevastu asünkroonsed operatsioonid võivad olla hajutatud mitme funktsiooni ja sündmuste tsükli iteratsiooni vahel, mis teeb ühtse täitmiskonteksti säilitamise keeruliseks.

Mõelge veebiserverile, mis käsitleb mitut päringut samaaegselt. Iga päring vajab oma andmekogumit, näiteks kasutaja autentimisinfot, päringu ID-sid logimiseks ja andmebaasiühendusi. Ilma mehhanismita nende andmete eraldamiseks riskite andmete rikkumise ja ootamatu käitumisega. Siin tulevadki mängu päringupõhised muutujad.

Mis on päringupõhised muutujad?

Päringupõhised muutujad on muutujad, mis on spetsiifilised ühele päringule või tehingule asünkroonses süsteemis. Need võimaldavad teil salvestada ja pääseda juurde andmetele, mis on olulised ainult praeguse päringu jaoks, tagades samaaegsete operatsioonide vahelise eraldatuse. Mõelge neist kui igale sissetulevale päringule lisatud spetsiaalsest salvestusruumist, mis püsib üle selle päringu käsitlemisel tehtud asünkroonsete kutsete. See on andmete terviklikkuse ja prognoositavuse säilitamiseks asünkroonsetes keskkondades ülioluline.

Siin on mõned peamised kasutusjuhud:

• Kasutaja autentimine: Kasutajateabe salvestamine pärast autentimist, muutes selle kättesaadavaks kõigile järgnevatele operatsioonidele päringu elutsükli jooksul.
• Päringu ID-d logimiseks ja jälitamiseks: Igale päringule unikaalse ID määramine ja selle süsteemis edastamine logisõnumite korreleerimiseks ja täitmistee jälitamiseks.
• Andmebaasiühendused: Andmebaasiühenduste haldamine päringu kohta, et tagada nõuetekohane eraldatus ja vältida ühenduste lekkeid.
• Konfiguratsiooniseaded: Päringuspetsiifiliste konfiguratsioonide või seadete salvestamine, millele pääsevad juurde rakenduse erinevad osad.
• Tehingute haldamine: Tehingu oleku haldamine ühe päringu piires.

Päringupõhiste muutujate rakendamise lähenemisviisid

JavaScriptis päringupõhiste muutujate rakendamiseks saab kasutada mitmeid lähenemisviise. Igal lähenemisviisil on oma kompromissid keerukuse, jõudluse ja ühilduvuse osas. Uurime mõningaid levinumaid tehnikaid.

1. Konteksti käsitsi edastamine

Kõige elementaarsem lähenemisviis hõlmab kontekstiteabe käsitsi edastamist argumentidena igale asünkroonsele funktsioonile. Kuigi see on lihtne mõista, võib see meetod kiiresti muutuda tülikaks ja vigaderohkeks, eriti sügavalt pesastatud asünkroonsete kutsete puhul.

Näide:

function handleRequest(req, res) {
  const userId = authenticateUser(req);
  processData(userId, req, res);
}

function processData(userId, req, res) {
  fetchDataFromDatabase(userId, (err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, req, res);
    }
    renderResponse(data, userId, req, res);
  });
}

function renderResponse(data, userId, req, res) {
  // Kasuta userId vastuse isikupärastamiseks
  res.end(`Hello, user ${userId}! Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

Nagu näete, edastame käsitsi `userId`, `req` ja `res` igale funktsioonile. Keerukamate asünkroonsete voogude puhul muutub selle haldamine üha raskemaks.

Puudused:

• Põhjakood (boilerplate): Konteksti selgesõnaline edastamine igale funktsioonile tekitab palju üleliigset koodi.
• Vigaderohke: Konteksti edastamine on lihtne unustada, mis põhjustab vigu.
• Refaktoreerimisraskused: Konteksti muutmine nõuab iga funktsiooni signatuuri muutmist.
• Tihe sidumine: Funktsioonid muutuvad tihedalt seotuks konkreetse kontekstiga, mida nad saavad.

2. AsyncLocalStorage (Node.js v14.5.0+)

Node.js tutvustas `AsyncLocalStorage`'i kui sisseehitatud mehhanismi konteksti haldamiseks asünkroonsete operatsioonide vahel. See pakub viisi andmete salvestamiseks, mis on kättesaadavad kogu asünkroonse ülesande elutsükli vältel. See on üldiselt soovitatav lähenemisviis kaasaegsetele Node.js rakendustele. `AsyncLocalStorage` töötab `run` ja `enterWith` meetodite kaudu, et tagada konteksti korrektne edastamine.

Näide:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function handleRequest(req, res) {
  const requestId = generateRequestId();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    processData(res);
  });
}

function processData(res) {
  fetchDataFromDatabase((err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, res);
    }
    renderResponse(data, res);
  });
}

function fetchDataFromDatabase(callback) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // ... hangi andmed, kasutades päringu ID-d logimiseks/jälitamiseks
  setTimeout(() => {
    callback(null, { message: 'Data from database' });
  }, 100);
}

function renderResponse(data, res) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.end(`Request ID: ${requestId}, Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

Selles näites loob `asyncLocalStorage.run` uue konteksti (mida esindab `Map`) ja täidab antud tagasikutsefunktsiooni selles kontekstis. `requestId` salvestatakse konteksti ja on kättesaadav funktsioonides `fetchDataFromDatabase` ja `renderResponse`, kasutades `asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')`. Sarnaselt tehakse kättesaadavaks ka `req`. Anonüümne funktsioon ümbritseb peamist loogikat. Iga asünkroonne operatsioon selle funktsiooni sees pärib automaatselt konteksti.

Eelised:

• Sisseehitatud: Kaasaegsetes Node.js versioonides pole vaja väliseid sõltuvusi.
• Automaatne konteksti edastamine: Kontekst edastatakse automaatselt asünkroonsete operatsioonide vahel.
• Tüübiohutus: TypeScripti kasutamine aitab parandada tüübiohutust konteksti muutujatele juurdepääsemisel.
• Selge vastutusalade eraldamine: Funktsioonid ei pea olema kontekstist otseselt teadlikud.

Puudused:

• Nõuab Node.js v14.5.0 või uuemat: Vanemaid Node.js versioone ei toetata.
• Väike jõudluse lisakulu: Konteksti vahetamisega kaasneb väike jõudluse lisakulu.
• Salvestusruumi käsitsi haldamine: `run` meetod nõuab salvestusobjekti edastamist, seega tuleb iga päringu jaoks luua Map või sarnane objekt.

3. cls-hooked (jätkamise-lokaalne salvestus)

`cls-hooked` on teek, mis pakub jätkamise-lokaalset salvestusruumi (CLS), võimaldades teil seostada andmeid praeguse täitmiskontekstiga. See on olnud populaarne valik päringupõhiste muutujate haldamiseks Node.js-is aastaid, enne natiivse `AsyncLocalStorage`'i tulekut. Kuigi `AsyncLocalStorage` on nüüd üldiselt eelistatud, jääb `cls-hooked` elujõuliseks valikuks, eriti pärandkoodibaaside või vanemate Node.js versioonide toetamise korral. Siiski tuleb meeles pidada, et sellel on jõudlusmõjusid.

Näide:

const cls = require('cls-hooked');
const namespace = cls.createNamespace('my-app');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

cls.getNamespace = () => namespace;

const express = require('express');
const app = express();

app.use((req, res, next) => {
  namespace.run(() => {
    const requestId = uuidv4();
    namespace.set('requestId', requestId);
    namespace.set('request', req);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = namespace.get('requestId');
  console.log(`Request ID: ${requestId}`);
  res.send(`Hello, Request ID: ${requestId}`);
});

app.get('/data', (req, res) => {
  const requestId = namespace.get('requestId');

  setTimeout(() => {
    // Simuleeri asünkroonset operatsiooni
    console.log(`Asynchronous operation - Request ID: ${requestId}`);
    res.send(`Data, Request ID: ${requestId}`);
  }, 500);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

Selles näites loob `cls.createNamespace` nimeruumi päringupõhiste andmete salvestamiseks. Vahevara ümbritseb iga päringu `namespace.run`'iga, mis loob päringu jaoks konteksti. `namespace.set` salvestab `requestId` konteksti ja `namespace.get` hangib selle hiljem päringu käsitlejas ja simuleeritud asünkroonse operatsiooni ajal. UUID-d kasutatakse unikaalsete päringu ID-de loomiseks.

Eelised:

• Laialdaselt kasutatud: `cls-hooked` on olnud aastaid populaarne valik ja sellel on suur kogukond.
• Lihtne API: API on suhteliselt lihtne kasutada ja mõista.
• Toetab vanemaid Node.js versioone: See ühildub vanemate Node.js versioonidega.

Puudused:

• Jõudluse lisakulu: `cls-hooked` tugineb monkey-patching'ule, mis võib tekitada jõudluse lisakulu. See võib olla märkimisväärne suure läbilaskevõimega rakendustes.
• Konfliktide potentsiaal: Monkey-patching võib potentsiaalselt konflikti minna teiste teekidega.
• Hooldusprobleemid: Kuna `AsyncLocalStorage` on natiivne lahendus, keskendub tulevane arendus- ja hooldustöö tõenäoliselt sellele.

4. Zone.js

Zone.js on teek, mis pakub täitmiskonteksti, mida saab kasutada asünkroonsete operatsioonide jälgimiseks. Kuigi Zone.js on peamiselt tuntud oma kasutuse poolest Angularis, saab seda kasutada ka Node.js-is päringupõhiste muutujate haldamiseks. Siiski on see keerulisem ja raskem lahendus võrreldes `AsyncLocalStorage` või `cls-hooked`'iga ning üldiselt ei ole soovitatav, kui te juba ei kasuta Zone.js-i oma rakenduses.

Eelised:

• Põhjalik kontekst: Zone.js pakub väga põhjalikku täitmiskonteksti.
• Integratsioon Angulariga: Sujuv integratsioon Angulari rakendustega.

Puudused:

• Keerukus: Zone.js on keeruline teek järsu õppimiskõveraga.
• Jõudluse lisakulu: Zone.js võib tekitada märkimisväärse jõudluse lisakulu.
• Liiga keeruline lihtsate päringupõhiste muutujate jaoks: See on liiga keeruline lahendus lihtsaks päringupõhiste muutujate haldamiseks.

5. Vahevara funktsioonid

Veebirakenduste raamistikes nagu Express.js pakuvad vahevara funktsioonid mugavat viisi päringute pealtkuulamiseks ja toimingute tegemiseks enne, kui need marsruudi käsitlejateni jõuavad. Saate kasutada vahevara päringupõhiste muutujate seadistamiseks ja nende kättesaadavaks tegemiseks järgnevatele vahevaradele ja marsruudi käsitlejatele. Seda kombineeritakse sageli mõne muu meetodiga, näiteks `AsyncLocalStorage`.

Näide (kasutades AsyncLocalStorage koos Expressi vahevaraga):

const express = require('express');
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

const app = express();
const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

// Vahevara päringupõhiste muutujate seadistamiseks
app.use((req, res, next) => {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    const requestId = uuidv4();
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    next();
  });
});

// Marsruudi käsitleja
app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.send(`Hello! Request ID: ${requestId}`);
});

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

See näide demonstreerib, kuidas kasutada vahevara `requestId` seadistamiseks `AsyncLocalStorage`'is enne, kui päring jõuab marsruudi käsitlejani. Marsruudi käsitleja pääseb seejärel `requestId`-le juurde `AsyncLocalStorage`'ist.

Eelised:

• Tsentraliseeritud kontekstihaldus: Vahevara funktsioonid pakuvad tsentraliseeritud kohta päringupõhiste muutujate haldamiseks.
• Puhas vastutusalade eraldamine: Marsruudi käsitlejad ei pea olema otse seotud konteksti seadistamisega.
• Lihtne integreerimine raamistikega: Vahevara funktsioonid on hästi integreeritud veebirakenduste raamistikega nagu Express.js.

Puudused:

• Nõuab raamistikku: See lähenemisviis sobib peamiselt veebirakenduste raamistikele, mis toetavad vahevara.
• Tugineb teistele tehnikatele: Vahevara tuleb tavaliselt kombineerida mõne teise tehnikaga (nt `AsyncLocalStorage`, `cls-hooked`), et konteksti tegelikult salvestada ja edastada.

Parimad praktikad päringupõhiste muutujate kasutamiseks

Siin on mõned parimad praktikad, mida päringupõhiste muutujate kasutamisel arvesse võtta:

• Valige õige lähenemisviis: Valige lähenemisviis, mis sobib kõige paremini teie vajadustega, arvestades selliseid tegureid nagu Node.js versioon, jõudlusnõuded ja keerukus. Üldiselt on `AsyncLocalStorage` nüüd soovitatav lahendus kaasaegsetele Node.js rakendustele.
• Kasutage järjepidevat nimetamiskonventsiooni: Kasutage oma päringupõhiste muutujate jaoks järjepidevat nimetamiskonventsiooni, et parandada koodi loetavust ja hooldatavust. Näiteks pange kõigile päringupõhistele muutujatele ette liide `req_`.
• Dokumenteerige oma kontekst: Dokumenteerige selgelt iga päringupõhise muutuja eesmärk ja kuidas seda rakenduses kasutatakse.
• Vältige tundlike andmete otse salvestamist: Kaaluge tundlike andmete krüpteerimist või maskeerimist enne nende salvestamist päringu konteksti. Vältige saladuste, nagu paroolide, otse salvestamist.
• Puhastage kontekst: Mõnel juhul peate võib-olla konteksti pärast päringu töötlemist puhastama, et vältida mälulekkeid või muid probleeme. `AsyncLocalStorage` puhul tühjendatakse kontekst automaatselt, kui `run` tagasikutse lõpeb, kuid teiste lähenemisviiside, nagu `cls-hooked`, puhul peate võib-olla nimeruumi selgesõnaliselt tühjendama.
• Olge teadlik jõudlusest: Olge teadlik päringupõhiste muutujate kasutamise jõudlusmõjudest, eriti selliste lähenemisviiside puhul nagu `cls-hooked`, mis tuginevad monkey-patching'ule. Testige oma rakendust põhjalikult, et tuvastada ja lahendada kõik jõudluse kitsaskohad.
• Kasutage TypeScripti tüübiohutuse tagamiseks: Kui kasutate TypeScripti, kasutage seda oma päringukonteksti struktuuri määratlemiseks ja tüübiohutuse tagamiseks konteksti muutujatele juurdepääsemisel. See vähendab vigu ja parandab hooldatavust.
• Kaaluge logimisteegi kasutamist: Integreerige oma päringupõhised muutujad logimisteegiga, et lisada automaatselt kontekstiteavet oma logisõnumitesse. See muudab päringute jälitamise ja probleemide silumise lihtsamaks. Populaarsed logimisteegid nagu Winston ja Morgan toetavad konteksti edastamist.
• Kasutage korrelatsiooni ID-sid hajutatud jälitamiseks: Mikroteenuste või hajutatud süsteemidega tegelemisel kasutage korrelatsiooni ID-sid päringute jälgimiseks mitme teenuse vahel. Korrelatsiooni ID saab salvestada päringu konteksti ja edastada teistele teenustele HTTP päiste või muude mehhanismide abil.

Reaalse maailma näited

Vaatame mõningaid reaalse maailma näiteid selle kohta, kuidas päringupõhiseid muutujaid saab erinevates stsenaariumides kasutada:

• E-kaubanduse rakendus: E-kaubanduse rakenduses saate kasutada päringupõhiseid muutujaid teabe salvestamiseks kasutaja ostukorvi kohta, näiteks ostukorvis olevad tooted, tarneaadress ja makseviis. Sellele teabele pääsevad juurde rakenduse erinevad osad, näiteks tootekataloog, kassaprotsess ja tellimuste töötlemise süsteem.
• Finantsrakendus: Finantsrakenduses saate kasutada päringupõhiseid muutujaid teabe salvestamiseks kasutaja konto kohta, näiteks kontojääk, tehingute ajalugu ja investeerimisportfell. Sellele teabele pääsevad juurde rakenduse erinevad osad, näiteks kontohaldussüsteem, kauplemisplatvorm ja aruandlussüsteem.
• Tervishoiurakendus: Tervishoiurakenduses saate kasutada päringupõhiseid muutujaid teabe salvestamiseks patsiendi kohta, näiteks patsiendi haiguslugu, praegused ravimid ja allergiad. Sellele teabele pääsevad juurde rakenduse erinevad osad, näiteks elektrooniline tervisekaardi (EHR) süsteem, retseptide väljastamise süsteem ja diagnostikasüsteem.
• Globaalne sisuhaldussüsteem (CMS): CMS, mis haldab sisu mitmes keeles, võib salvestada kasutaja eelistatud keele päringupõhistesse muutujatesse. See võimaldab rakendusel automaatselt pakkuda sisu õiges keeles kogu kasutaja seansi vältel. See tagab lokaliseeritud kogemuse, austades kasutaja keele-eelistusi.
• Mitme rentnikuga SaaS-rakendus: Tarkvara kui teenus (SaaS) rakenduses, mis teenindab mitut rentnikku, saab rentniku ID salvestada päringupõhistesse muutujatesse. See võimaldab rakendusel eraldada andmeid ja ressursse iga rentniku jaoks, tagades andmete privaatsuse ja turvalisuse. See on ülioluline mitme rentnikuga arhitektuuri terviklikkuse säilitamiseks.

Kokkuvõte

Päringupõhised muutujad on väärtuslik tööriist oleku ja sõltuvuste haldamiseks asünkroonsetes JavaScripti rakendustes. Pakkudes mehhanismi andmete eraldamiseks samaaegsete päringute vahel, aitavad need tagada andmete terviklikkust, parandada koodi hooldatavust ja lihtsustada silumist. Kuigi käsitsi konteksti edastamine on võimalik, pakuvad kaasaegsed lahendused nagu Node.js-i `AsyncLocalStorage` robustsemat ja tõhusamat viisi asünkroonse konteksti käsitlemiseks. Õige lähenemisviisi hoolikas valimine, parimate tavade järgimine ja päringupõhiste muutujate integreerimine logimis- ja jälitamisvahenditega võivad oluliselt parandada teie asünkroonse JavaScripti koodi kvaliteeti ja usaldusväärsust. Asünkroonsed kontekstid võivad osutuda eriti kasulikuks mikroteenuste arhitektuurides.

Kuna JavaScripti ökosüsteem areneb edasi, on skaleeritavate, hooldatavate ja vastupidavate rakenduste ehitamiseks ülioluline olla kursis uusimate tehnikatega asünkroonse konteksti haldamiseks. `AsyncLocalStorage` pakub puhast ja jõudsat lahendust päringupõhistele muutujatele ning selle kasutuselevõtt on uute projektide puhul väga soovitatav. Siiski on erinevate lähenemisviiside, sealhulgas pärandlahenduste nagu `cls-hooked`, kompromisside mõistmine oluline olemasolevate koodibaaside hooldamisel ja migreerimisel. Võtke need tehnikad omaks, et taltsutada asünkroonse programmeerimise keerukust ja ehitada usaldusväärsemaid ja tõhusamaid JavaScripti rakendusi ülemaailmsele publikule.