فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان جاوا اسکریپت: تسلط بر مدیریت زمینه درخواست

در توسعه مدرن جاوا اسکریپت، به ویژه در محیط‌های Node.js که با درخواست‌های همزمان متعددی سر و کار دارند، مدیریت مؤثر زمینه در طول عملیات ناهمزمان از اهمیت بالایی برخوردار است. رویکردهای سنتی اغلب کوتاهی می‌کنند و منجر به کد پیچیده و ناسازگاری‌های احتمالی داده می‌شوند. اینجاست که فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان جاوا اسکریپت (ALS) می‌درخشد و مکانیزم قدرتمندی برای ذخیره و بازیابی داده‌هایی که مختص یک زمینه اجرایی ناهمزمان مشخص است، فراهم می‌کند. این مقاله راهنمای جامعی برای درک و استفاده از ALS برای مدیریت قوی زمینه درخواست در برنامه‌های جاوا اسکریپت شما ارائه می‌دهد.

فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان (ALS) چیست؟

فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان، که به عنوان یک ماژول اصلی در Node.js در دسترس است (در نسخه v13.10.0 معرفی و بعداً پایدار شد)، به شما امکان می‌دهد داده‌هایی را ذخیره کنید که در طول عمر یک عملیات ناهمزمان، مانند رسیدگی به یک درخواست وب، قابل دسترسی است. آن را مانند یک مکانیزم ذخیره‌سازی محلی برای هر نخ (thread-local storage) در نظر بگیرید، اما برای ماهیت ناهمزمان جاوا اسکریپت تطبیق داده شده است. این یک راه برای حفظ زمینه در چندین فراخوانی ناهمزمان بدون نیاز به انتقال صریح آن به عنوان آرگومان به هر تابع فراهم می‌کند.

ایده اصلی این است که وقتی یک عملیات ناهمزمان شروع می‌شود (به عنوان مثال، دریافت یک درخواست HTTP)، می‌توانید یک فضای ذخیره‌سازی مرتبط با آن عملیات را مقداردهی اولیه کنید. هر فراخوانی ناهمزمان بعدی که به طور مستقیم یا غیرمستقیم توسط آن عملیات ایجاد شود، به همان فضای ذخیره‌سازی دسترسی خواهد داشت. این برای حفظ حالت مربوط به یک درخواست یا تراکنش خاص در حین عبور از بخش‌های مختلف برنامه شما حیاتی است.

چرا از فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان استفاده کنیم؟

چندین مزیت کلیدی، ALS را به یک راه حل جذاب برای مدیریت زمینه درخواست تبدیل می‌کند:

• کد ساده‌تر: از انتقال اشیاء زمینه به عنوان آرگومان به هر تابع جلوگیری می‌کند، که منجر به کد تمیزتر و خواناتر می‌شود. این امر به ویژه در پایگاه‌های کد بزرگ که حفظ انتشار مداوم زمینه می‌تواند به یک بار سنگین تبدیل شود، ارزشمند است.
• نگهداری‌پذیری بهبود یافته: خطر حذف تصادفی یا انتقال نادرست زمینه را کاهش می‌دهد، که منجر به برنامه‌های قابل نگهداری و قابل اعتمادتر می‌شود. با متمرکز کردن مدیریت زمینه در ALS، تغییرات در زمینه آسان‌تر مدیریت شده و کمتر مستعد خطا می‌شوند.
• اشکال‌زدایی پیشرفته: با فراهم کردن یک مکان مرکزی برای بازرسی زمینه مرتبط با یک درخواست خاص، اشکال‌زدایی را ساده‌تر می‌کند. شما می‌توانید به راحتی جریان داده‌ها را ردیابی کرده و مشکلات مربوط به ناسازگاری‌های زمینه را شناسایی کنید.
• ثبات داده‌ها: تضمین می‌کند که داده‌ها در طول عملیات ناهمزمان به طور مداوم در دسترس هستند، که از شرایط رقابتی و سایر مشکلات یکپارچگی داده جلوگیری می‌کند. این امر به ویژه در برنامه‌هایی که تراکنش‌های پیچیده یا خطوط پردازش داده را انجام می‌دهند، مهم است.
• ردیابی و نظارت: با ذخیره اطلاعات خاص درخواست (مانند شناسه درخواست، شناسه کاربر) در ALS، ردیابی و نظارت بر درخواست‌ها را تسهیل می‌کند. این اطلاعات می‌تواند برای ردیابی درخواست‌ها در حین عبور از بخش‌های مختلف سیستم استفاده شود و بینش‌های ارزشمندی در مورد عملکرد و نرخ خطا ارائه دهد.

مفاهیم اصلی فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان

درک مفاهیم اصلی زیر برای استفاده مؤثر از ALS ضروری است:

• AsyncLocalStorage: کلاس اصلی برای ایجاد و مدیریت نمونه‌های ALS. شما یک نمونه از AsyncLocalStorage ایجاد می‌کنید تا یک فضای ذخیره‌سازی مختص عملیات ناهمزمان فراهم کنید.
• run(store, fn, ...args): تابع ارائه شده fn را در زمینه store داده شده اجرا می‌کند. store یک مقدار دلخواه است که برای تمام عملیات ناهمزمان آغاز شده در fn در دسترس خواهد بود. فراخوانی‌های بعدی به getStore() در حین اجرای fn و فرزندان ناهمزمان آن، این مقدار store را برمی‌گردانند.
• enterWith(store): به طور صریح با یک store خاص وارد زمینه می‌شود. این روش کمتر از `run` رایج است اما می‌تواند در سناریوهای خاص، به ویژه هنگام کار با فراخوانی‌های ناهمزمان (callbacks) که مستقیماً توسط عملیات اولیه فعال نمی‌شوند، مفید باشد. هنگام استفاده از این روش باید احتیاط کرد زیرا استفاده نادرست می‌تواند منجر به نشت زمینه شود.
• exit(fn): از زمینه فعلی خارج می‌شود. در ترکیب با `enterWith` استفاده می‌شود.
• getStore(): مقدار store فعلی مرتبط با زمینه ناهمزمان فعال را بازیابی می‌کند. اگر هیچ store فعال نباشد، undefined برمی‌گرداند.
• disable(): نمونه AsyncLocalStorage را غیرفعال می‌کند. پس از غیرفعال شدن، فراخوانی‌های بعدی به `run` یا `enterWith` یک خطا ایجاد می‌کنند. این اغلب در طول تست یا پاک‌سازی استفاده می‌شود.

مثال‌های عملی استفاده از فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان

بیایید چند مثال عملی را بررسی کنیم که نحوه استفاده از ALS در سناریوهای مختلف را نشان می‌دهند.

مثال ۱: ردیابی شناسه درخواست در یک وب سرور

این مثال نشان می‌دهد که چگونه از ALS برای ردیابی یک شناسه درخواست منحصر به فرد در تمام عملیات ناهمزمان در یک درخواست وب استفاده کنیم.

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

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

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuid.v4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Handling request with ID: ${requestId}`);
  res.send(`Request ID: ${requestId}`);
});

app.get('/another-route', async (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Handling another route with ID: ${requestId}`);

  // Simulate an asynchronous operation
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));

  const requestIdAfterAsync = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Request ID after async operation: ${requestIdAfterAsync}`);

  res.send(`Another route - Request ID: ${requestId}`);
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال:

• یک نمونه AsyncLocalStorage ایجاد می‌شود.
• یک تابع میان‌افزار (middleware) برای تولید یک شناسه درخواست منحصر به فرد برای هر درخواست ورودی استفاده می‌شود.
• متد asyncLocalStorage.run() کنترل‌کننده درخواست را در زمینه یک Map جدید اجرا می‌کند و شناسه درخواست را ذخیره می‌کند.
• سپس شناسه درخواست در داخل کنترل‌کننده‌های مسیر از طریق asyncLocalStorage.getStore().get('requestId') قابل دسترسی است، حتی پس از عملیات ناهمزمان.

مثال ۲: احراز هویت و مجوزدهی کاربر

ALS می‌تواند برای ذخیره اطلاعات کاربر پس از احراز هویت استفاده شود و آن را برای بررسی‌های مجوزدهی در طول چرخه حیات درخواست در دسترس قرار دهد.

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

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

// Mock authentication middleware
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Simulate user authentication
  const userId = 123; // Example user ID
  const userRoles = ['admin', 'editor']; // Example user roles

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

// Mock authorization middleware
const authorizeUser = (requiredRole) => {
  return (req, res, next) => {
    const userRoles = asyncLocalStorage.getStore().get('userRoles') || [];

    if (userRoles.includes(requiredRole)) {
      next();
    } else {
      res.status(403).send('Unauthorized');
    }
  };
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/admin', authorizeUser('admin'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Admin page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/editor', authorizeUser('editor'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Editor page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/public', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Public page - User ID: ${userId}`); // Still accessible
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال:

• میان‌افزار authenticateUser احراز هویت کاربر را شبیه‌سازی کرده و شناسه و نقش‌های کاربر را در ALS ذخیره می‌کند.
• میان‌افزار authorizeUser با بازیابی نقش‌های کاربر از ALS، بررسی می‌کند که آیا کاربر نقش مورد نیاز را دارد یا خیر.
• شناسه کاربر پس از احراز هویت در تمام مسیرها قابل دسترسی است.

مثال ۳: مدیریت تراکنش پایگاه داده

ALS می‌تواند برای مدیریت تراکنش‌های پایگاه داده استفاده شود و اطمینان حاصل کند که تمام عملیات پایگاه داده در یک درخواست، در همان تراکنش انجام می‌شوند.

            
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const express = require('express');
const { Sequelize } = require('sequelize');

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

// Configure Sequelize
const sequelize = new Sequelize('database', 'user', 'password', {
  dialect: 'sqlite',
  storage: ':memory:', // Use in-memory database for example
  logging: false,
});

// Define a model
const User = sequelize.define('User', {
  username: Sequelize.STRING,
});

// Middleware to manage transactions
const transactionMiddleware = async (req, res, next) => {
  const transaction = await sequelize.transaction();

  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('transaction', transaction);
    try {
      await next();
      await transaction.commit();
    } catch (error) {
      await transaction.rollback();
      console.error('Transaction rolled back:', error);
      res.status(500).send('Transaction failed');
    }
  });
};

app.use(transactionMiddleware);

app.post('/users', async (req, res) => {
  const transaction = asyncLocalStorage.getStore().get('transaction');

  try {
    // Example: Create a user
    const user = await User.create({
      username: 'testuser',
    }, { transaction });

    res.status(201).send(`User created with ID: ${user.id}`);
  } catch (error) {
    console.error('Error creating user:', error);
    throw error; // Propagate the error to trigger rollback
  }
});

// Sync the database and start the server
sequelize.sync().then(() => {
  app.listen(3000, () => {
    console.log('Server listening on port 3000');
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال:

• میان‌افزار transactionMiddleware یک تراکنش Sequelize ایجاد کرده و آن را در ALS ذخیره می‌کند.
• تمام عملیات پایگاه داده در کنترل‌کننده درخواست، تراکنش را از ALS بازیابی کرده و از آن استفاده می‌کنند.
• اگر خطایی رخ دهد، تراکنش بازگردانده (rolled back) می‌شود و از ثبات داده‌ها اطمینان حاصل می‌شود.

استفاده پیشرفته و ملاحظات

فراتر از مثال‌های پایه، این الگوهای استفاده پیشرفته و ملاحظات مهم را هنگام استفاده از ALS در نظر بگیرید:

• نمونه‌های تودرتوی ALS: می‌توانید نمونه‌های ALS را به صورت تودرتو برای ایجاد زمینه‌های سلسله مراتبی استفاده کنید. با این حال، از پیچیدگی بالقوه آگاه باشید و اطمینان حاصل کنید که مرزهای زمینه به وضوح تعریف شده‌اند. هنگام استفاده از نمونه‌های تودرتوی ALS، تست مناسب ضروری است.
• پیامدهای عملکردی: در حالی که ALS مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد، مهم است که از سربار عملکردی بالقوه آن آگاه باشید. ایجاد و دسترسی به فضای ذخیره‌سازی می‌تواند تأثیر کمی بر عملکرد داشته باشد. برنامه خود را پروفایل کنید تا اطمینان حاصل کنید که ALS یک گلوگاه نیست.
• نشت زمینه (Context Leakage): مدیریت نادرست زمینه می‌تواند منجر به نشت زمینه شود، جایی که داده‌های یک درخواست به طور ناخواسته در معرض درخواست دیگری قرار می‌گیرد. این امر به ویژه هنگام استفاده از enterWith و exit مرتبط است. شیوه‌های کدنویسی دقیق و تست کامل برای جلوگیری از نشت زمینه حیاتی هستند. استفاده از قوانین لینتینگ یا ابزارهای تحلیل استاتیک برای شناسایی مشکلات بالقوه را در نظر بگیرید.
• ادغام با لاگ‌گیری و نظارت: ALS می‌تواند به طور یکپارچه با سیستم‌های لاگ‌گیری و نظارت ادغام شود تا بینش‌های ارزشمندی در مورد رفتار برنامه شما ارائه دهد. شناسه درخواست یا سایر اطلاعات زمینه مرتبط را در پیام‌های لاگ خود بگنجانید تا اشکال‌زدایی و عیب‌یابی را تسهیل کنید. استفاده از ابزارهایی مانند OpenTelemetry را برای انتشار خودکار زمینه در سراسر سرویس‌ها در نظر بگیرید.
• جایگزین‌های ALS: در حالی که ALS یک ابزار قدرتمند است، همیشه بهترین راه حل برای هر سناریو نیست. رویکردهای جایگزین مانند انتقال صریح اشیاء زمینه یا استفاده از تزریق وابستگی را در نظر بگیرید، اگر با نیازهای برنامه شما بهتر مطابقت دارند. هنگام انتخاب یک استراتژی مدیریت زمینه، مزایا و معایب بین پیچیدگی، عملکرد و نگهداری‌پذیری را ارزیابی کنید.

دیدگاه‌های جهانی و ملاحظات بین‌المللی

هنگام توسعه برنامه‌ها برای مخاطبان جهانی، در نظر گرفتن جنبه‌های بین‌المللی زیر هنگام استفاده از ALS حیاتی است:

• مناطق زمانی: اطلاعات منطقه زمانی را در ALS ذخیره کنید تا اطمینان حاصل شود که تاریخ‌ها و زمان‌ها به درستی به کاربران در مناطق زمانی مختلف نمایش داده می‌شوند. از کتابخانه‌ای مانند Moment.js یا Luxon برای مدیریت تبدیل‌های منطقه زمانی استفاده کنید. به عنوان مثال، ممکن است منطقه زمانی ترجیحی کاربر را پس از ورود به سیستم در ALS ذخیره کنید.
• بومی‌سازی: زبان و منطقه ترجیحی کاربر را در ALS ذخیره کنید تا اطمینان حاصل شود که برنامه به زبان صحیح نمایش داده می‌شود. از یک کتابخانه بومی‌سازی مانند i18next برای مدیریت ترجمه‌ها استفاده کنید. منطقه کاربر می‌تواند برای قالب‌بندی اعداد، تاریخ‌ها و ارزها مطابق با ترجیحات فرهنگی آنها استفاده شود.
• ارز: ارز ترجیحی کاربر را در ALS ذخیره کنید تا اطمینان حاصل شود که قیمت‌ها به درستی نمایش داده می‌شوند. از یک کتابخانه تبدیل ارز برای مدیریت تبدیل‌های ارز استفاده کنید. نمایش قیمت‌ها به ارز محلی کاربر می‌تواند تجربه کاربری آنها را بهبود بخشد و نرخ تبدیل را افزایش دهد.
• مقررات حریم خصوصی داده‌ها: هنگام ذخیره داده‌های کاربر در ALS، به مقررات حریم خصوصی داده‌ها مانند GDPR توجه داشته باشید. اطمینان حاصل کنید که فقط داده‌هایی را ذخیره می‌کنید که برای عملکرد برنامه ضروری است و داده‌ها را به صورت امن مدیریت می‌کنید. اقدامات امنیتی مناسب را برای محافظت از داده‌های کاربر در برابر دسترسی غیرمجاز پیاده‌سازی کنید.

نتیجه‌گیری

فضای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان جاوا اسکریپت یک راه حل قوی و زیبا برای مدیریت زمینه درخواست در برنامه‌های ناهمزمان جاوا اسکریپت فراهم می‌کند. با ذخیره داده‌های مختص زمینه در ALS، می‌توانید کد خود را ساده‌تر کنید، نگهداری‌پذیری را بهبود بخشید و قابلیت‌های اشکال‌زدایی را افزایش دهید. درک مفاهیم اصلی و بهترین شیوه‌های ذکر شده در این راهنما به شما قدرت می‌دهد تا از ALS برای ساخت برنامه‌های مقیاس‌پذیر و قابل اعتمادی که می‌توانند با پیچیدگی‌های برنامه‌نویسی ناهمزمان مدرن مقابله کنند، به طور مؤثر استفاده کنید. همیشه به یاد داشته باشید که پیامدهای عملکردی و مسائل بالقوه نشت زمینه را برای اطمینان از عملکرد و امنیت بهینه برنامه خود در نظر بگیرید. پذیرش ALS سطح جدیدی از وضوح و کنترل را در مدیریت جریان‌های کاری ناهمزمان باز می‌کند و در نهایت منجر به کد کارآمدتر و قابل نگهداری‌تر می‌شود.