JavaScriptin asynkroninen kontekstin levitys: Pyyntöjen jäljitys ja jatkuvuus AsyncLocalStorage-moduulilla

Nykyaikaisessa palvelinpuolen JavaScript-kehityksessä, erityisesti Node.js:n kanssa, asynkroniset operaatiot ovat kaikkialla. Tilatietojen ja kontekstin hallinta näiden asynkronisten rajapintojen yli voi olla haastavaa. Tämä blogikirjoitus tutkii asynkronisen kontekstin levityksen käsitettä ja keskittyy siihen, kuinka AsyncLocalStorage-moduulia voidaan käyttää pyyntöjen jäljityksen ja jatkuvuuden tehokkaaseen toteuttamiseen. Tarkastelemme sen etuja, rajoituksia ja todellisen maailman sovelluksia sekä tarjoamme käytännön esimerkkejä sen käytön havainnollistamiseksi.

Asynkronisen kontekstin levityksen ymmärtäminen

Asynkronisella kontekstin levityksellä tarkoitetaan kykyä ylläpitää ja levittää kontekstitietoja (esim. pyyntötunnisteita, käyttäjän todennustietoja, korrelaatiotunnisteita) asynkronisten operaatioiden yli. Ilman asianmukaista kontekstin levitystä on vaikea jäljittää pyyntöjä, korreloida lokeja ja diagnosoida suorituskykyongelmia hajautetuissa järjestelmissä.

Perinteiset lähestymistavat kontekstin hallintaan perustuvat usein kontekstiobjektien välittämiseen eksplisiittisesti funktiokutsujen kautta, mikä voi johtaa monisanaiseen ja virhealtiseen koodiin. AsyncLocalStorage tarjoaa elegantimman ratkaisun tarjoamalla tavan tallentaa ja noutaa kontekstitietoja yhden suorituskontekstin sisällä, jopa asynkronisten operaatioiden yli.

AsyncLocalStorage-moduulin esittely

AsyncLocalStorage on sisäänrakennettu Node.js-moduuli (saatavilla Node.js versiosta v14.5.0 lähtien), joka tarjoaa tavan tallentaa tietoja, jotka ovat paikallisia asynkronisen operaation elinkaaren ajan. Se luo käytännössä tallennustilan, joka säilyy await-kutsujen, lupausten (promises) ja muiden asynkronisten rajapintojen yli. Tämä antaa kehittäjille mahdollisuuden käyttää ja muokata kontekstitietoja ilman niiden eksplisiittistä välittämistä.

AsyncLocalStorage-moduulin tärkeimmät ominaisuudet:

• Automaattinen kontekstin levitys: AsyncLocalStorage-moduuliin tallennetut arvot leviävät automaattisesti asynkronisten operaatioiden yli samassa suorituskontekstissa.
• Yksinkertaistettu koodi: Vähentää tarvetta välittää kontekstiobjekteja eksplisiittisesti funktiokutsujen kautta.
• Parempi havainnoitavuus: Helpottaa pyyntöjen jäljitystä sekä lokien ja mittareiden korrelointia.
• Säieturvallisuus: Tarjoaa säieturvallisen pääsyn kontekstitietoihin nykyisen suorituskontekstin sisällä.

AsyncLocalStorage-moduulin käyttötapauksia

AsyncLocalStorage on arvokas monissa skenaarioissa, kuten:

• Pyyntöjen jäljitys: Yksilöllisen tunnisteen antaminen jokaiselle saapuvalle pyynnölle ja sen levittäminen koko pyynnön elinkaaren ajan jäljitystarkoituksiin.
• Todennus ja valtuutus: Käyttäjän todennustietojen (esim. käyttäjätunnus, roolit, oikeudet) tallentaminen suojattujen resurssien käyttöä varten.
• Lokitus ja auditointi: Pyyntökohtaisen metadatan liittäminen lokiviesteihin parempaa virheenkorjausta ja auditointia varten.
• Suorituskyvyn seuranta: Pyynnön eri osien suoritusajan seuraaminen suorituskykyanalyysiä varten.
• Transaktioiden hallinta: Transaktiotilan hallinta useiden asynkronisten operaatioiden yli (esim. tietokantatransaktiot).

Käytännön esimerkki: Pyyntöjen jäljitys AsyncLocalStorage-moduulilla

Havainnollistetaan, kuinka AsyncLocalStorage-moduulia käytetään pyyntöjen jäljitykseen yksinkertaisessa Node.js-sovelluksessa. Luomme middlewiren, joka antaa jokaiselle saapuvalle pyynnölle yksilöllisen tunnisteen ja asettaa sen saataville koko pyynnön elinkaaren ajaksi.

Koodiesimerkki

Asenna ensin tarvittavat paketit (tarvittaessa):

            npm install uuid express
            

              
                Copy
              
            
          

Tässä on koodi:

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

const app = express();
const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();
const port = 3000;

// Middleware, joka antaa pyynnölle tunnisteen ja tallentaa sen AsyncLocalStorageen
app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    next();
  });
});

// Simuloi asynkronista operaatiota
async function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
      console.log(`[Async] Request ID: ${requestId}`);
      resolve();
    }, 50);
  });
}

// Reitinkäsittelijä
app.get('/', async (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`[Route] Request ID: ${requestId}`);
  await doSomethingAsync();
  res.send(`Hello World! Request ID: ${requestId}`);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`App listening at http://localhost:${port}`);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä:

1. Luomme AsyncLocalStorage-instanssin.
2. Määrittelemme middlewiren, joka antaa jokaiselle saapuvalle pyynnölle yksilöllisen tunnisteen käyttämällä uuid-kirjastoa.
3. Käytämme asyncLocalStorage.run()-metodia suorittamaan pyynnönkäsittelijän AsyncLocalStorage-kontekstin sisällä. Tämä varmistaa, että kaikki AsyncLocalStorage-moduuliin tallennetut arvot ovat saatavilla koko pyynnön elinkaaren ajan.
4. Middlewaressa tallennamme pyynnön tunnisteen AsyncLocalStorage-moduuliin komennolla asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId).
5. Määrittelemme asynkronisen funktion doSomethingAsync(), joka simuloi asynkronista operaatiota ja hakee pyynnön tunnisteen AsyncLocalStorage-moduulista.
6. Reitinkäsittelijässä haemme pyynnön tunnisteen AsyncLocalStorage-moduulista ja sisällytämme sen vastaukseen.

Kun suoritat tämän sovelluksen ja lähetät pyynnön osoitteeseen http://localhost:3000, näet pyynnön tunnisteen tulostuvan sekä reitinkäsittelijässä että asynkronisessa funktiossa, mikä osoittaa, että konteksti leviää oikein.

Selitys

• AsyncLocalStorage-instanssi: Luomme AsyncLocalStorage-instanssin, joka säilyttää kontekstitietomme.
• Middleware: Middleware sieppaa jokaisen saapuvan pyynnön. Se generoi UUID-tunnisteen ja käyttää sitten asyncLocalStorage.run-metodia suorittaakseen lopun pyynnönkäsittelyketjusta *tämän tallennustilan kontekstissa*. Tämä on ratkaisevaa; se varmistaa, että kaikilla jatkokäsittelyvaiheilla on pääsy tallennettuihin tietoihin.
• asyncLocalStorage.run(new Map(), ...): Tämä metodi ottaa kaksi argumenttia: uuden, tyhjän Map-olion (voit käyttää muita tietorakenteita, jos ne sopivat kontekstiisi paremmin) ja takaisinkutsufunktion. Takaisinkutsufunktio sisältää koodin, joka tulisi suorittaa asynkronisessa kontekstissa. Kaikki tämän takaisinkutsun sisällä käynnistetyt asynkroniset operaatiot perivät automaattisesti Map-olioon tallennetut tiedot.
• asyncLocalStorage.getStore(): Tämä palauttaa sen Map-olion, joka välitettiin asyncLocalStorage.run-metodille. Käytämme sitä pyynnön tunnisteen tallentamiseen ja noutamiseen. Jos run-metodia ei ole kutsuttu, tämä palauttaa undefined, minkä vuoksi on tärkeää kutsua run-metodia middlewaressa.
• Asynkroninen funktio: doSomethingAsync-funktio simuloi asynkronista operaatiota. Ratkaisevaa on, että vaikka se on asynkroninen (käyttäen setTimeout), sillä on silti pääsy pyynnön tunnisteeseen, koska se suoritetaan asyncLocalStorage.run-metodin luomassa kontekstissa.

Edistynyt käyttö: Yhdistäminen lokikirjastoihin

AsyncLocalStorage-moduulin integroiminen lokikirjastoihin (kuten Winston tai Pino) voi merkittävästi parantaa sovellustesi havainnoitavuutta. Lisäämällä kontekstitietoja (esim. pyynnön tunnus, käyttäjätunnus) lokiviesteihin voit helposti korreloida lokeja ja jäljittää pyyntöjä eri komponenttien välillä.

Esimerkki Winstonilla

            // logger.js
const winston = require('winston');
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const logger = winston.createLogger({
  level: 'info',
  format: winston.format.combine(
    winston.format.timestamp(),
    winston.format.printf(({ timestamp, level, message }) => {
      const requestId = asyncLocalStorage.getStore() ? asyncLocalStorage.getStore().get('requestId') : 'N/A';
      return `${timestamp} [${level}] [${requestId}] ${message}`;
    })
  ),
  transports: [
    new winston.transports.Console()
  ]
});

module.exports = {
  logger,
  asyncLocalStorage
};

            

              
                Copy
              
            
          

            // app.js (muokattu)
const express = require('express');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');
const { logger, asyncLocalStorage } = require('./logger');

const app = express();
const port = 3000;

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    logger.info(`Incoming request: ${req.url}`); // Lokita saapuva pyyntö
    next();
  });
});

async function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      logger.info('Doing something async...');
      resolve();
    }, 50);
  });
}

app.get('/', async (req, res) => {
  logger.info('Handling request...');
  await doSomethingAsync();
  res.send('Hello World!');
});

app.listen(port, () => {
  logger.info(`App listening at http://localhost:${port}`);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä:

• Luomme Winston-lokitusinstanssin ja määritämme sen sisällyttämään pyynnön tunnisteen AsyncLocalStorage-moduulista jokaiseen lokiviestiin. Avainosa on winston.format.printf, joka hakee pyynnön tunnisteen (jos saatavilla) AsyncLocalStorage-moduulista. Varmistamme, että asyncLocalStorage.getStore() on olemassa, jotta vältämme virheet, kun lokitusta tehdään pyyntökontekstin ulkopuolella.
• Päivitämme middlewiren lokittamaan saapuvan pyynnön URL-osoitteen.
• Päivitämme reitinkäsittelijän ja asynkronisen funktion käyttämään määritettyä lokittajaa viestien kirjaamiseen.

Nyt kaikki lokiviestit sisältävät pyynnön tunnisteen, mikä helpottaa pyyntöjen jäljittämistä ja lokien korrelointia.

Vaihtoehtoiset lähestymistavat: cls-hooked ja Async Hooks

Ennen AsyncLocalStorage-moduulin tuloa kirjastoja, kuten cls-hooked, käytettiin yleisesti asynkroniseen kontekstin levitykseen. cls-hooked käyttää Async Hooks -rajapintaa (matalamman tason Node.js API) saavuttaakseen vastaavan toiminnallisuuden. Vaikka cls-hooked on edelleen laajalti käytössä, AsyncLocalStorage on yleensä parempi valinta sen sisäänrakennetun luonteen ja paremman suorituskyvyn vuoksi.

Async Hooks (async_hooks)

Async Hooks tarjoaa matalamman tason API:n asynkronisten operaatioiden elinkaaren seurantaan. Vaikka AsyncLocalStorage on rakennettu Async Hooks -rajapinnan päälle, Async Hooksien suora käyttö on usein monimutkaisempaa ja vähemmän suorituskykyistä. Async Hooks soveltuu paremmin hyvin erityisiin, edistyneisiin käyttötapauksiin, joissa vaaditaan hienojakoista hallintaa asynkronisen elinkaaren yli. Vältä Async Hooksien suoraa käyttöä, ellei se ole ehdottoman välttämätöntä.

Miksi suosia AsyncLocalStorage-moduulia cls-hooked-kirjaston sijaan?

• Sisäänrakennettu: AsyncLocalStorage on osa Node.js-ydintä, mikä poistaa tarpeen ulkoisille riippuvuuksille.
• Suorituskyky: AsyncLocalStorage on yleensä suorituskykyisempi kuin cls-hooked optimoidun toteutuksensa ansiosta.
• Ylläpito: Koska kyseessä on sisäänrakennettu moduuli, Node.js-ydintiimi ylläpitää sitä aktiivisesti.

Huomioitavaa ja rajoitukset

Vaikka AsyncLocalStorage on tehokas työkalu, on tärkeää olla tietoinen sen rajoituksista:

• Kontekstin rajat: AsyncLocalStorage levittää kontekstia vain saman suorituskontekstin sisällä. Jos siirrät tietoja eri prosessien tai palvelimien välillä (esim. viestijonojen tai gRPC:n kautta), sinun on silti eksplisiittisesti sarjoitettava ja deserialisoitava kontekstitiedot.
• Muistivuodot: AsyncLocalStorage-moduulin virheellinen käyttö voi mahdollisesti johtaa muistivuotoihin, jos kontekstitietoja ei siivota kunnolla. Varmista, että käytät asyncLocalStorage.run()-metodia oikein ja vältä suurten tietomäärien tallentamista AsyncLocalStorage-moduuliin.
• Monimutkaisuus: Vaikka AsyncLocalStorage yksinkertaistaa kontekstin levitystä, se voi myös lisätä monimutkaisuutta koodiisi, jos sitä ei käytetä huolellisesti. Varmista, että tiimisi ymmärtää, miten se toimii, ja noudattaa parhaita käytäntöjä.
• Ei globaalien muuttujien korvike: AsyncLocalStorage *ei* korvaa globaaleja muuttujia. Se on suunniteltu erityisesti kontekstin levittämiseen yhden pyynnön tai transaktion sisällä. Sen liiallinen käyttö voi johtaa tiukasti sidottuun koodiin ja vaikeuttaa testaamista.

Parhaat käytännöt AsyncLocalStorage-moduulin käyttöön

Jotta voit käyttää AsyncLocalStorage-moduulia tehokkaasti, harkitse seuraavia parhaita käytäntöjä:

• Käytä middlewarea: Käytä middlewarea alustamaan AsyncLocalStorage ja tallentamaan kontekstitiedot kunkin pyynnön alussa.
• Tallenna vain vähän tietoa: Tallenna vain välttämättömät kontekstitiedot AsyncLocalStorage-moduuliin muistin kuormituksen minimoimiseksi. Vältä suurten objektien tai arkaluonteisten tietojen tallentamista.
• Vältä suoraa käyttöä: Kapseloi pääsy AsyncLocalStorage-moduuliin hyvin määriteltyjen API-rajapintojen taakse tiukan kytkennän välttämiseksi ja koodin ylläpidettävyyden parantamiseksi. Luo aputoimintoja tai luokkia kontekstitietojen hallintaan.
• Harkitse virheenkäsittelyä: Toteuta virheenkäsittely, jotta voit käsitellä sulavasti tapaukset, joissa AsyncLocalStorage ei ole alustettu oikein.
• Testaa perusteellisesti: Kirjoita yksikkö- ja integraatiotestejä varmistaaksesi, että kontekstin levitys toimii odotetusti.
• Dokumentoi käyttö: Dokumentoi selkeästi, miten AsyncLocalStorage-moduulia käytetään sovelluksessasi, jotta muut kehittäjät ymmärtävät kontekstin levitysmekanismin.

Integrointi OpenTelemetryn kanssa

OpenTelemetry on avoimen lähdekoodin havainnoitavuuskehys, joka tarjoaa API-rajapintoja, SDK:ita ja työkaluja telemetriatietojen (esim. jäljitykset, mittarit, lokit) keräämiseen ja viemiseen. AsyncLocalStorage voidaan integroida saumattomasti OpenTelemetryn kanssa levittämään jäljityskontekstia automaattisesti asynkronisten operaatioiden yli.

OpenTelemetry perustuu vahvasti kontekstin levitykseen jäljitysten korreloimiseksi eri palveluiden välillä. Käyttämällä AsyncLocalStorage-moduulia voit varmistaa, että jäljityskonteksti leviää oikein Node.js-sovelluksessasi, mikä mahdollistaa kattavan hajautetun jäljitysjärjestelmän rakentamisen.

Monet OpenTelemetry SDK:t hyödyntävät automaattisesti AsyncLocalStorage-moduulia (tai cls-hooked-kirjastoa, jos AsyncLocalStorage ei ole saatavilla) kontekstin levitykseen. Tarkista valitsemasi OpenTelemetry SDK:n dokumentaatiosta tarkemmat tiedot.

Yhteenveto

AsyncLocalStorage on arvokas työkalu asynkronisen kontekstin levityksen hallintaan palvelinpuolen JavaScript-sovelluksissa. Käyttämällä sitä pyyntöjen jäljitykseen, todennukseen, lokitukseen ja muihin käyttötapauksiin voit rakentaa kestävämpiä, havainnoitavampia ja ylläpidettävämpiä sovelluksia. Vaikka vaihtoehtoja, kuten cls-hooked ja Async Hooks, on olemassa, AsyncLocalStorage on yleensä suositeltavin valinta sen sisäänrakennetun luonteen, suorituskyvyn ja helppokäyttöisyyden vuoksi. Muista noudattaa parhaita käytäntöjä ja olla tietoinen sen rajoituksista hyödyntääksesi sen ominaisuuksia tehokkaasti. Kyky jäljittää pyyntöjä ja korreloida tapahtumia asynkronisten operaatioiden yli on ratkaisevan tärkeää skaalautuvien ja luotettavien järjestelmien rakentamisessa, erityisesti mikropalveluarkkitehtuureissa ja monimutkaisissa hajautetuissa ympäristöissä. AsyncLocalStorage-moduulin käyttö auttaa saavuttamaan tämän tavoitteen, mikä johtaa lopulta parempaan virheenkorjaukseen, suorituskyvyn seurantaan ja sovelluksen yleiseen terveyteen.