ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان جاوااسکریپت: تسلط بر مدیریت زمینه در محیط‌های ناهمزمان

برنامه‌نویسی ناهمزمان اساس جاوااسکریپت مدرن است، به‌ویژه در Node.js برای برنامه‌های سمت سرور و به طور فزاینده‌ای در مرورگر. با این حال، مدیریت زمینه – داده‌های خاص یک درخواست، جلسه کاربر یا تراکنش – در طول عملیات ناهمزمان می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. تکنیک‌های استاندارد مانند انتقال داده از طریق فراخوانی توابع می‌تواند دست‌وپاگیر و مستعد خطا باشد، به‌ویژه در برنامه‌های پیچیده. اینجاست که ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان (ALS) به عنوان یک راه‌حل قدرتمند وارد می‌شود.

ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان (ALS) چیست؟

ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان (ALS) راهی برای ذخیره داده‌هایی فراهم می‌کند که مختص یک عملیات ناهمزمان خاص هستند. آن را مانند ذخیره‌سازی محلی رشته (thread-local storage) در زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر در نظر بگیرید، اما برای مدل تک‌رشته‌ای و رویدادمحور جاوااسکریپت تطبیق داده شده است. ALS به شما امکان می‌دهد داده‌ها را با زمینه اجرای ناهمزمان فعلی مرتبط کنید و آن را در سراسر زنجیره فراخوانی ناهمزمان، بدون نیاز به انتقال صریح به عنوان آرگومان، قابل دسترس کنید.

در اصل، ALS یک فضای ذخیره‌سازی ایجاد می‌کند که به طور خودکار در طول عملیات ناهمزمان که در همان زمینه آغاز شده‌اند، منتشر می‌شود. این کار مدیریت زمینه را ساده کرده و کد تکراری (boilerplate) مورد نیاز برای حفظ وضعیت در مرزهای ناهمزمان را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

چرا از ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان استفاده کنیم؟

ALS چندین مزیت کلیدی در توسعه جاوااسکریپت ناهمزمان ارائه می‌دهد:

• مدیریت زمینه ساده‌شده: از انتقال متغیرهای زمینه از طریق چندین فراخوانی تابع خودداری کنید، که باعث کاهش شلوغی کد و بهبود خوانایی می‌شود.
• اشکال‌زدایی بهبودیافته: به راحتی داده‌های خاص درخواست را در سراسر پشته فراخوانی ناهمزمان ردیابی کنید، که اشکال‌زدایی و عیب‌یابی را تسهیل می‌کند.
• کاهش کد تکراری: نیاز به انتشار دستی زمینه را از بین ببرید، که منجر به کدی تمیزتر و قابل نگهداری‌تر می‌شود.
• عملکرد بهتر: انتشار زمینه به طور خودکار انجام می‌شود و سربار عملکرد مرتبط با انتقال دستی زمینه را به حداقل می‌رساند.
• دسترسی متمرکز به زمینه: یک مکان واحد و مشخص برای دسترسی به داده‌های زمینه فراهم می‌کند که دسترسی و اصلاح را ساده‌تر می‌کند.

موارد استفاده برای ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان

ALS به ویژه در سناریوهایی مفید است که نیاز به ردیابی داده‌های خاص درخواست در طول عملیات ناهمزمان دارید. در اینجا چند مورد استفاده رایج آورده شده است:

۱. ردیابی درخواست در سرورهای وب

در یک سرور وب، هر درخواست ورودی را می‌توان به عنوان یک زمینه ناهمزمان جداگانه در نظر گرفت. ALS می‌تواند برای ذخیره اطلاعات خاص درخواست مانند شناسه درخواست، شناسه کاربر، توکن احراز هویت و سایر داده‌های مرتبط استفاده شود. این به شما امکان می‌دهد به راحتی به این اطلاعات از هر بخشی از برنامه خود که درخواست را مدیریت می‌کند، از جمله میان‌افزارها، کنترلرها و کوئری‌های پایگاه داده، دسترسی داشته باشید.

مثال (Node.js با Express):

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

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

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    console.log(`درخواست ${requestId} آغاز شد`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`در حال پردازش درخواست ${requestId}`);
  res.send(`سلام، شناسه درخواست: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('سرور در حال گوش دادن روی پورت 3000 است');
});

در این مثال، به هر درخواست ورودی یک شناسه درخواست منحصربه‌فرد اختصاص داده می‌شود که در ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان ذخیره می‌شود. سپس این شناسه از هر بخشی از کنترل‌کننده درخواست قابل دسترسی است و به شما امکان می‌دهد درخواست را در طول چرخه حیات آن ردیابی کنید.

۲. مدیریت جلسه کاربر

ALS همچنین می‌تواند برای مدیریت جلسات کاربر استفاده شود. هنگامی که یک کاربر وارد سیستم می‌شود، می‌توانید داده‌های جلسه کاربر (مانند شناسه کاربر، نقش‌ها، مجوزها) را در ALS ذخیره کنید. این به شما امکان می‌دهد به راحتی به داده‌های جلسه کاربر از هر بخشی از برنامه خود که به آن نیاز دارد، بدون نیاز به انتقال آن به عنوان آرگومان، دسترسی داشته باشید.

مثال:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // شبیه‌سازی احراز هویت
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('کاربر احراز هویت شد، جلسه در ALS ذخیره شد');
      return true;
    });
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

function getUserSession() {
  return asyncLocalStorage.getStore() ? asyncLocalStorage.getStore().get('userSession') : null;
}

function someAsyncOperation() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const userSession = getUserSession();
      if (userSession) {
        console.log(`عملیات ناهمزمان: شناسه کاربر: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('عملیات ناهمزمان: هیچ جلسه کاربری یافت نشد');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

async function main() {
  if (authenticateUser('user', 'password')) {
    await someAsyncOperation();
  } else {
    console.log('احراز هویت ناموفق بود');
  }
}

main();

در این مثال، پس از یک احراز هویت موفق، جلسه کاربر در ALS ذخیره می‌شود. سپس تابع `someAsyncOperation` می‌تواند به این داده‌های جلسه دسترسی پیدا کند بدون اینکه نیاز باشد به صراحت به عنوان آرگومان به آن منتقل شود.

۳. مدیریت تراکنش

در تراکنش‌های پایگاه داده، ALS می‌تواند برای ذخیره شیء تراکنش استفاده شود. این به شما امکان می‌دهد از هر بخشی از برنامه خود که در تراکنش شرکت می‌کند به شیء تراکنش دسترسی داشته باشید و اطمینان حاصل کنید که تمام عملیات در محدوده همان تراکنش انجام می‌شوند.

۴. ثبت وقایع و حسابرسی

ALS می‌تواند برای ذخیره اطلاعات خاص زمینه برای اهداف ثبت وقایع و حسابرسی استفاده شود. به عنوان مثال، می‌توانید شناسه کاربر، شناسه درخواست و مهر زمانی را در ALS ذخیره کنید و سپس این اطلاعات را در پیام‌های لاگ خود بگنجانید. این کار ردیابی فعالیت کاربر و شناسایی مسائل امنیتی بالقوه را آسان‌تر می‌کند.

نحوه استفاده از ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان

استفاده از ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان شامل سه مرحله اصلی است:

1. ایجاد یک نمونه AsyncLocalStorage: یک نمونه از کلاس `AsyncLocalStorage` ایجاد کنید.
2. اجرای کد در یک زمینه: از متد `run()` برای اجرای کد در یک زمینه خاص استفاده کنید. متد `run()` دو آرگومان می‌گیرد: یک مخزن (store) (معمولاً یک Map یا یک شیء) و یک تابع بازگشتی (callback). مخزن برای تمام عملیات ناهمزمان که در داخل تابع بازگشتی آغاز می‌شوند، در دسترس خواهد بود.
3. دسترسی به مخزن: از متد `getStore()` برای دسترسی به مخزن از داخل زمینه ناهمزمان استفاده کنید.

مثال:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const value = asyncLocalStorage.getStore().get('myKey');
      console.log('مقدار از ALS:', value);
      resolve();
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('myKey', 'سلام از طرف ALS!');
    await doSomethingAsync();
  });
}

main();

API AsyncLocalStorage

کلاس `AsyncLocalStorage` متدهای زیر را ارائه می‌دهد:

• constructor(): یک نمونه جدید AsyncLocalStorage ایجاد می‌کند.
• run(store, callback, ...args): تابع بازگشتی ارائه شده را در زمینه‌ای اجرا می‌کند که مخزن داده شده در آن در دسترس است. مخزن معمولاً یک `Map` یا یک شیء ساده جاوااسکریپت است. هرگونه عملیات ناهمزمان که در داخل تابع بازگشتی آغاز شود، این زمینه را به ارث می‌برد. آرگومان‌های اضافی را می‌توان به تابع بازگشتی ارسال کرد.
• getStore(): مخزن فعلی برای زمینه ناهمزمان فعلی را برمی‌گرداند. اگر هیچ مخزنی با زمینه فعلی مرتبط نباشد، `undefined` برمی‌گرداند.
• disable(): نمونه AsyncLocalStorage را غیرفعال می‌کند. پس از غیرفعال شدن، `run()` و `getStore()` دیگر کار نخواهند کرد.

ملاحظات و بهترین شیوه‌ها

در حالی که ALS ابزار قدرتمندی است، استفاده عاقلانه از آن مهم است. در اینجا چند ملاحظه و بهترین شیوه آورده شده است:

• از استفاده بیش از حد خودداری کنید: از ALS برای همه چیز استفاده نکنید. فقط زمانی از آن استفاده کنید که نیاز به ردیابی زمینه در مرزهای ناهمزمان دارید. اگر نیازی به انتشار زمینه از طریق فراخوانی‌های ناهمزمان نیست، راه‌حل‌های ساده‌تری مانند متغیرهای معمولی را در نظر بگیرید.
• عملکرد: در حالی که ALS به طور کلی کارآمد است، استفاده بیش از حد می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد. کد خود را در صورت نیاز اندازه‌گیری و بهینه‌سازی کنید. به اندازه مخزنی که در ALS قرار می‌دهید توجه داشته باشید. اشیاء بزرگ می‌توانند بر عملکرد تأثیر بگذارند، به‌ویژه اگر عملیات ناهمزمان زیادی آغاز شود.
• مدیریت زمینه: اطمینان حاصل کنید که چرخه حیات مخزن را به درستی مدیریت می‌کنید. برای هر درخواست یا جلسه یک مخزن جدید ایجاد کنید و هنگامی که دیگر نیازی به آن نیست، آن را پاک کنید. در حالی که خود ALS به مدیریت دامنه کمک می‌کند، داده‌های *درون* مخزن هنوز به مدیریت صحیح و جمع‌آوری زباله (garbage collection) نیاز دارند.
• مدیریت خطا: به مدیریت خطا توجه داشته باشید. اگر خطایی در یک عملیات ناهمزمان رخ دهد، ممکن است زمینه از بین برود. برای مدیریت خطاها و اطمینان از حفظ صحیح زمینه، از بلوک‌های try-catch استفاده کنید.
• اشکال‌زدایی: اشکال‌زدایی برنامه‌های مبتنی بر ALS می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. از ابزارهای اشکال‌زدایی و ثبت وقایع برای ردیابی جریان اجرا و شناسایی مسائل بالقوه استفاده کنید.
• سازگاری: ALS در Node.js نسخه 14.5.0 و بالاتر موجود است. قبل از استفاده از آن، اطمینان حاصل کنید که محیط شما از ALS پشتیبانی می‌کند. برای نسخه‌های قدیمی‌تر Node.js، استفاده از راه‌حل‌های جایگزین مانند continuation-local storage (CLS) را در نظر بگیرید، اگرچه ممکن است ویژگی‌های عملکردی و APIهای متفاوتی داشته باشند.

جایگزین‌های ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان

قبل از معرفی ALS، توسعه‌دهندگان اغلب برای مدیریت زمینه در جاوااسکریپت ناهمزمان به تکنیک‌های دیگری تکیه می‌کردند. در اینجا چند جایگزین رایج آورده شده است:

• انتقال صریح زمینه: انتقال متغیرهای زمینه به عنوان آرگومان به هر تابع در زنجیره فراخوانی. این رویکرد ساده است اما می‌تواند در برنامه‌های پیچیده خسته‌کننده و مستعد خطا باشد. همچنین بازآرایی (refactoring) را دشوارتر می‌کند، زیرا تغییر داده‌های زمینه نیازمند تغییر امضای بسیاری از توابع است.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS عملکردی مشابه ALS ارائه می‌دهد، اما بر اساس مکانیزم متفاوتی است. CLS از monkey-patching برای رهگیری عملیات ناهمزمان و انتشار زمینه استفاده می‌کند. این رویکرد می‌تواند پیچیده‌تر باشد و ممکن است پیامدهای عملکردی داشته باشد.
• کتابخانه‌ها و فریمورک‌ها: برخی کتابخانه‌ها و فریمورک‌ها مکانیزم‌های مدیریت زمینه خود را ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، Express.js میان‌افزاری برای مدیریت داده‌های خاص درخواست فراهم می‌کند.

در حالی که این جایگزین‌ها می‌توانند در شرایط خاص مفید باشند، ALS راه‌حلی زیباتر و کارآمدتر برای مدیریت زمینه در جاوااسکریپت ناهمزمان ارائه می‌دهد.

نتیجه‌گیری

ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان (ALS) ابزاری قدرتمند برای مدیریت زمینه در برنامه‌های جاوااسکریپت ناهمزمان است. با فراهم کردن راهی برای ذخیره داده‌هایی که مختص یک عملیات ناهمزمان خاص هستند، ALS مدیریت زمینه را ساده می‌کند، اشکال‌زدایی را بهبود می‌بخشد و کد تکراری را کاهش می‌دهد. چه در حال ساخت یک سرور وب باشید، چه جلسات کاربر را مدیریت کنید یا با تراکنش‌های پایگاه داده سروکار داشته باشید، ALS می‌تواند به شما کمک کند کدی تمیزتر، قابل نگهداری‌تر و کارآمدتر بنویسید.

برنامه‌نویسی ناهمزمان در جاوااسکریپت روز به روز فراگیرتر می‌شود و درک ابزارهایی مانند ALS را بیش از پیش حیاتی می‌سازد. با درک استفاده صحیح و محدودیت‌های آن، توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌هایی قوی‌تر و قابل مدیریت‌تر ایجاد کنند که قادر به مقیاس‌پذیری و سازگاری با نیازهای متنوع کاربران در سطح جهان باشند. ALS را در پروژه‌های خود امتحان کنید و کشف کنید که چگونه می‌تواند گردش کار ناهمزمان شما را ساده کرده و معماری کلی برنامه شما را بهبود بخشد.

منابع بیشتر

• مستندات AsyncLocalStorage در Node.js
• بسته npm async-local-storage (برای نسخه‌های قدیمی‌تر Node.js)
• ذخیره‌سازی محلی ناهمزمان در Node.js - یوتیوب