کانتکست ناهمزمان جاوا اسکریپت: متغیرهای محدود به درخواست برای برنامه‌های جهانی

در چشم‌انداز همواره در حال تحول توسعه وب، ساخت برنامه‌های قوی و مقیاس‌پذیر، به‌ویژه آن‌هایی که به مخاطبان جهانی خدمات ارائه می‌دهند، نیازمند درک عمیقی از برنامه‌نویسی ناهمزمان و مدیریت کانتکست است. این پست وبلاگ به دنیای شگفت‌انگیز کانتکست ناهمزمان جاوا اسکریپت می‌پردازد؛ یک تکنیک قدرتمند برای مدیریت متغیرهای محدود به درخواست و بهبود چشمگیر عملکرد، قابلیت نگهداری و اشکال‌زدایی برنامه‌های شما، به‌ویژه در زمینه میکروسرویس‌ها و سیستم‌های توزیع‌شده.

درک چالش: عملیات ناهمزمان و از دست رفتن کانتکست

برنامه‌های وب مدرن بر پایه عملیات ناهمزمان ساخته شده‌اند. از مدیریت درخواست‌های کاربران گرفته تا تعامل با پایگاه‌های داده، فراخوانی APIها و انجام وظایف پس‌زمینه، ماهیت ناهمزمان جاوا اسکریپت امری بنیادین است. با این حال، این ناهمزمانی چالش مهمی را به همراه دارد: از دست رفتن کانتکست. هنگامی که یک درخواست پردازش می‌شود، داده‌های مربوط به آن درخواست (مانند شناسه کاربر، اطلاعات جلسه، شناسه‌های همبستگی برای ردیابی) باید در طول کل چرخه پردازش، حتی در میان چندین فراخوانی تابع ناهمزمان، قابل دسترسی باشند.

سناریویی را در نظر بگیرید که در آن کاربری از، مثلاً، توکیو (ژاپن) درخواستی را به یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی ارسال می‌کند. این درخواست مجموعه‌ای از عملیات را آغاز می‌کند: احراز هویت، اعتبارسنجی، بازیابی داده از پایگاه داده (که شاید در ایرلند قرار دارد)، پردازش سفارش و در نهایت، ارسال ایمیل تأیید. بدون مدیریت صحیح کانتکست، اطلاعات حیاتی مانند منطقه کاربر (برای قالب‌بندی ارز و زبان)، آدرس IP مبدأ درخواست (برای امنیت) و یک شناسه منحصربه‌فرد برای ردیابی درخواست در تمام این سرویس‌ها با پیشرفت عملیات ناهمزمان از بین می‌رود.

به‌طور سنتی، توسعه‌دهندگان به راه‌حل‌های موقتی مانند ارسال دستی متغیرهای کانتکست از طریق پارامترهای تابع یا استفاده از متغیرهای سراسری تکیه کرده‌اند. با این حال، این رویکردها اغلب دست‌وپاگیر، مستعد خطا و منجر به کدی می‌شوند که خواندن و نگهداری آن دشوار است. ارسال دستی کانتکست با افزایش تعداد عملیات ناهمزمان و فراخوانی‌های تو در تو به سرعت غیرقابل کنترل می‌شود. از سوی دیگر، متغیرهای سراسری می‌توانند عوارض جانبی ناخواسته‌ای ایجاد کنند و استدلال در مورد وضعیت برنامه را، به‌ویژه در محیط‌های چندرشته‌ای یا با میکروسرویس‌ها، چالش‌برانگیز سازند.

معرفی کانتکست ناهمزمان: یک راه‌حل قدرتمند

کانتکست ناهمزمان جاوا اسکریپت راه‌حلی تمیزتر و ظریف‌تر برای مشکل انتشار کانتکست ارائه می‌دهد. این امکان را به شما می‌دهد که داده‌ها (کانتکست) را با یک عملیات ناهمزمان مرتبط کرده و اطمینان حاصل کنید که این داده‌ها به طور خودکار در کل زنجیره اجرا، صرف‌نظر از تعداد فراخوانی‌های ناهمزمان یا سطح تودرتویی، در دسترس هستند. این کانتکست محدود به درخواست است، به این معنی که کانتکست مرتبط با یک درخواست از سایر درخواست‌ها جدا شده و یکپارچگی داده‌ها را تضمین می‌کند و از تداخل داده‌ها جلوگیری می‌نماید.

مزایای کلیدی استفاده از کانتکست ناهمزمان:

• خوانایی بهتر کد: نیاز به ارسال دستی کانتکست را کاهش می‌دهد و منجر به کدی تمیزتر و مختصرتر می‌شود.
• قابلیت نگهداری بهبودیافته: ردیابی و مدیریت داده‌های کانتکست را آسان‌تر کرده و اشکال‌زدایی و نگهداری را ساده می‌کند.
• مدیریت خطای ساده‌تر: با فراهم کردن دسترسی به اطلاعات کانتکست در هنگام گزارش خطا، مدیریت خطای متمرکز را ممکن می‌سازد.
• عملکرد بهتر: با اطمینان از در دسترس بودن داده‌های کانتکست مناسب در زمان نیاز، استفاده از منابع را بهینه می‌کند.
• امنیت پیشرفته: با ردیابی آسان اطلاعات حساس، مانند شناسه‌های کاربری و توکن‌های احراز هویت، در تمام فراخوانی‌های ناهمزمان، عملیات امن را تسهیل می‌کند.

پیاده‌سازی کانتکست ناهمزمان در Node.js (و فراتر از آن)

در حالی که خود زبان جاوا اسکریپت ویژگی داخلی کانتکست ناهمزمان را ندارد، چندین کتابخانه و تکنیک برای ارائه این قابلیت، به‌ویژه در محیط Node.js، پدید آمده‌اند. بیایید چند رویکرد رایج را بررسی کنیم:

۱. ماژول `async_hooks` (هسته Node.js)

Node.js یک ماژول داخلی به نام `async_hooks` ارائه می‌دهد که APIهای سطح پایینی برای ردیابی منابع ناهمزمان فراهم می‌کند. این ماژول به شما امکان می‌دهد چرخه حیات عملیات ناهمزمان را ردیابی کرده و به رویدادهای مختلفی مانند ایجاد، قبل از اجرا و پس از اجرا متصل شوید. اگرچه قدرتمند است، ماژول `async_hooks` برای پیاده‌سازی انتشار کانتکست به تلاش دستی بیشتری نیاز دارد و معمولاً به عنوان یک بلوک ساختمانی برای کتابخانه‌های سطح بالاتر استفاده می‌شود.

            const async_hooks = require('async_hooks');

const context = new Map();

let executionAsyncId = 0;

const init = (asyncId, type, triggerAsyncId, resource) => {
  context.set(asyncId, {}); // Initialize a context object for each async operation
};

const before = (asyncId) => {
  executionAsyncId = asyncId;
};

const after = (asyncId) => {
  executionAsyncId = 0; // Clear the current execution asyncId
};

const destroy = (asyncId) => {
  context.delete(asyncId); // Remove context when the async operation completes
};

const asyncHook = async_hooks.createHook({
  init,
  before,
  after,
  destroy,
});

asyncHook.enable();

function getContext() {
  return context.get(executionAsyncId) || {};
}

function setContext(data) {
  const currentContext = getContext();
  context.set(executionAsyncId, { ...currentContext, ...data });
}

async function doSomethingAsync() {
  const contextData = getContext();
  console.log('Inside doSomethingAsync context:', contextData);
  // ... asynchronous operation ...
}

async function main() {
  // Simulate a request
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  setContext({ requestId });
  console.log('Outside doSomethingAsync context:', getContext());
  await doSomethingAsync();
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

توضیح:

• `async_hooks.createHook()`: یک هوک ایجاد می‌کند که رویدادهای چرخه حیات منابع ناهمزمان را رهگیری می‌کند.
• `init`: زمانی که یک منبع ناهمزمان جدید ایجاد می‌شود، فراخوانی می‌شود. ما از آن برای مقداردهی اولیه یک شیء کانتکست برای منبع استفاده می‌کنیم.
• `before`: درست قبل از اجرای callback یک منبع ناهمزمان فراخوانی می‌شود. ما از آن برای به‌روزرسانی کانتکست اجرایی استفاده می‌کنیم.
• `after`: پس از اجرای callback فراخوانی می‌شود.
• `destroy`: زمانی که یک منبع ناهمزمان از بین می‌رود، فراخوانی می‌شود. ما کانتکست مرتبط را حذف می‌کنیم.
• `getContext()` و `setContext()`: توابع کمکی برای خواندن و نوشتن در مخزن کانتکست.

در حالی که این مثال اصول اصلی را نشان می‌دهد، استفاده از یک کتابخانه اختصاصی اغلب آسان‌تر و قابل نگهداری‌تر است.

۲. استفاده از کتابخانه‌های `cls-hooked` یا `continuation-local-storage`

برای یک رویکرد ساده‌تر، کتابخانه‌هایی مانند `cls-hooked` (یا سلف آن `continuation-local-storage` که `cls-hooked` بر پایه آن ساخته شده است) انتزاعات سطح بالاتری را بر روی `async_hooks` فراهم می‌کنند. این کتابخانه‌ها فرآیند ایجاد و مدیریت کانتکست را ساده می‌کنند. آن‌ها معمولاً از یک «مخزن» (اغلب یک `Map` یا ساختار داده مشابه) برای نگهداری داده‌های کانتکست استفاده می‌کنند و به طور خودکار کانتکست را در عملیات ناهمزمان منتشر می‌کنند.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function middleware(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // The rest of the request handling logic...
    console.log('Middleware Context:', asyncLocalStorage.getStore());
    next();
  });
}

async function doSomethingAsync() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  console.log('Inside doSomethingAsync:', store);
  // ... asynchronous operation ...
}

async function routeHandler(req, res) {
  console.log('Route Handler Context:', asyncLocalStorage.getStore());
  await doSomethingAsync();
  res.send('Request processed');
}

// Simulate a request
const request = { /*...*/ };
const response = { send: (message) => console.log('Response:', message) };

middleware(request, response, () => {
  routeHandler(request, response);
});

            

              
                Copy
              
            
          

توضیح:

• `AsyncLocalStorage`: این کلاس اصلی از Node.js برای ایجاد یک نمونه برای مدیریت کانتکست ناهمزمان استفاده می‌شود.
• `asyncLocalStorage.run(context, callback)`: این متد برای تنظیم کانتکست برای تابع callback ارائه شده استفاده می‌شود. این متد به طور خودکار کانتکست را به هر عملیات ناهمزمانی که در داخل callback انجام می‌شود، منتشر می‌کند.
• `asyncLocalStorage.getStore()`: این متد برای دسترسی به کانتکست فعلی در یک عملیات ناهمزمان استفاده می‌شود. این متد کانتکستی را که توسط `asyncLocalStorage.run()` تنظیم شده است، بازیابی می‌کند.

استفاده از `AsyncLocalStorage` مدیریت کانتکست را ساده می‌کند. این به طور خودکار انتشار داده‌های کانتکست را در مرزهای ناهمزمان مدیریت می‌کند و کد تکراری را کاهش می‌دهد.

۳. انتشار کانتکست در فریمورک‌ها

بسیاری از فریمورک‌های وب مدرن، مانند NestJS، Express، Koa و غیره، پشتیبانی داخلی یا الگوهای توصیه‌شده برای پیاده‌سازی کانتکست ناهمزمان در ساختار برنامه خود ارائه می‌دهند. این فریمورک‌ها اغلب با کتابخانه‌هایی مانند `cls-hooked` ادغام می‌شوند یا مکانیزم‌های مدیریت کانتکست خود را فراهم می‌کنند. انتخاب فریمورک اغلب مناسب‌ترین راه برای مدیریت متغیرهای محدود به درخواست را تعیین می‌کند، اما اصول اساسی یکسان باقی می‌مانند.

به عنوان مثال، در NestJS، می‌توانید از محدوده `REQUEST` و ماژول `AsyncLocalStorage` برای مدیریت کانتکست درخواست استفاده کنید. این به شما امکان می‌دهد به داده‌های خاص درخواست در سرویس‌ها و کنترلرها دسترسی داشته باشید و مدیریت احراز هویت، لاگ‌برداری و سایر عملیات مربوط به درخواست را آسان‌تر می‌کند.

مثال‌های عملی و موارد استفاده

بیایید بررسی کنیم که چگونه کانتکست ناهمزمان می‌تواند در چندین سناریوی عملی در برنامه‌های جهانی به کار گرفته شود:

۱. لاگ‌برداری و ردیابی

یک سیستم توزیع‌شده با میکروسرویس‌هایی را تصور کنید که در مناطق مختلف مستقر شده‌اند (مثلاً، یک سرویس در سنگاپور برای کاربران آسیایی، یک سرویس در برزیل برای کاربران آمریکای جنوبی و یک سرویس در آلمان برای کاربران اروپایی). هر سرویس بخشی از پردازش کلی درخواست را انجام می‌دهد. با استفاده از کانتکست ناهمزمان، می‌توانید به راحتی یک شناسه همبستگی منحصربه‌فرد برای هر درخواست در حین عبور از سیستم ایجاد و منتشر کنید. این شناسه می‌تواند به گزارش‌های لاگ اضافه شود و به شما امکان می‌دهد سفر درخواست را در چندین سرویس، حتی در مرزهای جغرافیایی، ردیابی کنید.

            
// Pseudo-code example (Illustrative)
const correlationId = generateCorrelationId();
asyncLocalStorage.run({ correlationId }, async () => {
  // Service 1
  log('Service 1: Request received', { correlationId });
  await callService2();
});

async function callService2() {
  // Service 2
  log('Service 2: Processing request', { correlationId: asyncLocalStorage.getStore().correlationId });
  // ... Call a database, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

این رویکرد امکان اشکال‌زدایی کارآمد و مؤثر، تحلیل عملکرد و نظارت بر برنامه شما را در مکان‌های جغرافیایی مختلف فراهم می‌کند. برای سهولت در تجزیه و تحلیل و جستجو در پلتفرم‌های مختلف لاگ‌برداری (مانند ELK Stack، Splunk)، از لاگ‌برداری ساختاریافته (مثلاً فرمت JSON) استفاده کنید.

۲. احراز هویت و اعتبارسنجی

در یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی، کاربران از کشورهای مختلف ممکن است سطوح دسترسی متفاوتی داشته باشند. با استفاده از کانتکست ناهمزمان، می‌توانید اطلاعات احراز هویت کاربر (مانند شناسه کاربر، نقش‌ها، مجوزها) را در کانتکست ذخیره کنید. این اطلاعات در طول چرخه حیات یک درخواست به راحتی برای تمام بخش‌های برنامه در دسترس قرار می‌گیرد. این رویکرد نیاز به ارسال مکرر اطلاعات احراز هویت کاربر از طریق فراخوانی‌های تابع یا انجام چندین کوئری به پایگاه داده برای همان کاربر را از بین می‌برد. این رویکرد به ویژه اگر پلتفرم شما از ورود یکپارچه (SSO) با ارائه‌دهندگان هویت از کشورهای مختلف مانند ژاپن، استرالیا یا کانادا پشتیبانی کند، مفید است و تجربه‌ای یکپارچه و امن را برای کاربران در سراسر جهان تضمین می‌کند.

            
// Pseudo-code
// Middleware
async function authenticateUser(req, res, next) {
  const user = await authenticate(req.headers.authorization); // Assume auth logic
  asyncLocalStorage.run({ user }, () => {
    next();
  });
}

// Inside a route handler
function getUserData() {
  const user = asyncLocalStorage.getStore().user;
  // Access user information, e.g., user.roles, user.country, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

۳. محلی‌سازی و بین‌المللی‌سازی (i18n)

یک برنامه جهانی باید با ترجیحات کاربر، از جمله زبان، واحد پول و فرمت‌های تاریخ/زمان، سازگار شود. با بهره‌گیری از کانتکست ناهمزمان، می‌توانید منطقه و سایر تنظیمات کاربر را در کانتکست ذخیره کنید. این داده‌ها سپس به طور خودکار به تمام اجزای برنامه منتشر می‌شوند و امکان رندر محتوای پویا، تبدیل ارز و قالب‌بندی تاریخ/زمان را بر اساس مکان یا زبان ترجیحی کاربر فراهم می‌کنند. این کار ساخت برنامه‌هایی برای جامعه بین‌المللی از، به عنوان مثال، آرژانتین تا ویتنام را آسان‌تر می‌کند.

            
// Pseudo-code
// Middleware
async function setLocale(req, res, next) {
  const userLocale = req.headers['accept-language'] || 'en-US';
  asyncLocalStorage.run({ locale: userLocale }, () => {
    next();
  });
}

// Inside a component
function formatPrice(price, currency) {
  const locale = asyncLocalStorage.getStore().locale;
  // Use a localization library (e.g., Intl) to format the price
  const formattedPrice = new Intl.NumberFormat(locale, { style: 'currency', currency }).format(price);
  return formattedPrice;
}

            

              
                Copy
              
            
          

۴. مدیریت و گزارش‌دهی خطا

هنگامی که خطاها در یک برنامه پیچیده و توزیع‌شده جهانی رخ می‌دهند، بسیار مهم است که کانتکست کافی برای تشخیص و حل سریع مشکل را ضبط کنید. با استفاده از کانتکست ناهمزمان، می‌توانید گزارش‌های خطا را با اطلاعات خاص درخواست، مانند شناسه‌های کاربری، شناسه‌های همبستگی یا حتی مکان کاربر، غنی‌سازی کنید. این کار شناسایی علت اصلی خطا و مشخص کردن درخواست‌های خاصی که تحت تأثیر قرار گرفته‌اند را آسان‌تر می‌کند. اگر برنامه شما از سرویس‌های شخص ثالث مختلفی مانند درگاه‌های پرداخت مستقر در سنگاپور یا فضای ذخیره‌سازی ابری در استرالیا استفاده می‌کند، این جزئیات کانتکست در هنگام عیب‌یابی بسیار ارزشمند می‌شوند.

            
// Pseudo-code
try {
  // ... some operation ...
} catch (error) {
  const contextData = asyncLocalStorage.getStore();
  logError(error, { ...contextData }); // Include context information in the error log
  // ... handle the error ...
}

            

              
                Copy
              
            
          

بهترین شیوه‌ها و ملاحظات

در حالی که کانتکست ناهمزمان مزایای زیادی ارائه می‌دهد، پیروی از بهترین شیوه‌ها برای اطمینان از پیاده‌سازی مؤثر و قابل نگهداری آن ضروری است:

• از یک کتابخانه اختصاصی استفاده کنید: از کتابخانه‌هایی مانند `cls-hooked` یا ویژگی‌های مدیریت کانتکست مخصوص فریمورک برای ساده‌سازی و بهینه‌سازی انتشار کانتکست استفاده کنید.
• مراقب مصرف حافظه باشید: اشیاء کانتکست بزرگ می‌توانند حافظه مصرف کنند. فقط داده‌هایی را که برای درخواست فعلی ضروری هستند ذخیره کنید.
• کانتکست‌ها را در پایان یک درخواست پاک کنید: اطمینان حاصل کنید که کانتکست‌ها پس از اتمام درخواست به درستی پاک می‌شوند. این کار از نشت داده‌های کانتکست به درخواست‌های بعدی جلوگیری می‌کند.
• مدیریت خطا را در نظر بگیرید: مدیریت خطای قوی را پیاده‌سازی کنید تا از اختلال در انتشار کانتکست توسط استثناهای مدیریت‌نشده جلوگیری کنید.
• به طور کامل تست کنید: تست‌های جامعی بنویسید تا تأیید کنید که داده‌های کانتکست به درستی در تمام عملیات ناهمزمان و در همه سناریوها منتشر می‌شوند. تست با کاربران در مناطق زمانی جهانی (مثلاً تست در زمان‌های مختلف روز با کاربران در لندن، پکن یا نیویورک) را در نظر بگیرید.
• مستندسازی: استراتژی مدیریت کانتکست خود را به وضوح مستند کنید تا توسعه‌دهندگان بتوانند آن را درک کرده و به طور مؤثر با آن کار کنند. این مستندات را همراه با بقیه کدبیس قرار دهید.
• از استفاده بیش از حد خودداری کنید: از کانتکست ناهمزمان با احتیاط استفاده کنید. داده‌هایی را که از قبل به عنوان پارامترهای تابع در دسترس هستند یا به درخواست فعلی مربوط نیستند، در کانتکست ذخیره نکنید.
• ملاحظات عملکردی: در حالی که کانتکست ناهمزمان خود معمولاً سربار عملکرد قابل توجهی ایجاد نمی‌کند، عملیاتی که با داده‌های درون کانتکست انجام می‌دهید می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد. دسترسی به داده‌ها را بهینه کرده و محاسبات غیرضروری را به حداقل برسانید.
• ملاحظات امنیتی: هرگز داده‌های حساس (مانند رمزهای عبور) را مستقیماً در کانتکست ذخیره نکنید. اطلاعاتی را که در کانتکست استفاده می‌کنید، مدیریت و ایمن کنید و اطمینان حاصل کنید که همیشه به بهترین شیوه‌های امنیتی پایبند هستید.

نتیجه‌گیری: توانمندسازی توسعه برنامه‌های جهانی

کانتکست ناهمزمان جاوا اسکریپت راه‌حلی قدرتمند و ظریف برای مدیریت متغیرهای محدود به درخواست در برنامه‌های وب مدرن ارائه می‌دهد. با پذیرش این تکنیک، توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌های قوی‌تر، قابل نگهداری‌تر و با عملکرد بهتری بسازند، به‌ویژه آن‌هایی که مخاطبان جهانی را هدف قرار می‌دهند. از ساده‌سازی لاگ‌برداری و ردیابی گرفته تا تسهیل احراز هویت و محلی‌سازی، کانتکست ناهمزمان مزایای بی‌شماری را باز می‌کند که به شما امکان می‌دهد برنامه‌های واقعاً مقیاس‌پذیر و کاربرپسندی برای کاربران بین‌المللی ایجاد کنید و تأثیر مثبتی بر کاربران جهانی و کسب‌وکار خود داشته باشید.

با درک اصول، انتخاب ابزارهای مناسب (مانند `async_hooks` یا کتابخانه‌هایی مانند `cls-hooked`) و پایبندی به بهترین شیوه‌ها، می‌توانید از قدرت کانتکست ناهمزمان برای ارتقای گردش کار توسعه خود و ایجاد تجربیات کاربری استثنایی برای یک پایگاه کاربری متنوع و جهانی بهره‌مند شوید. چه در حال ساخت یک معماری میکروسرویس، یک پلتفرم تجارت الکترونیک در مقیاس بزرگ یا یک API ساده باشید، درک و استفاده مؤثر از کانتکست ناهمزمان برای موفقیت در دنیای امروز که به سرعت در حال تحول توسعه وب است، حیاتی است.