JavaScriptin asynkronisen kontekstin muuttujien periytyminen: Kontekstin etenemisketjun hallinta

Asynkroninen ohjelmointi on modernin JavaScript-kehityksen kulmakivi, erityisesti Node.js- ja selainympäristöissä. Vaikka se tarjoaa merkittäviä suorituskykyetuja, se tuo myös mukanaan monimutkaisuutta, erityisesti kontekstin hallinnassa asynkronisten operaatioiden välillä. Sen varmistaminen, että muuttujat ja olennaiset tiedot ovat saatavilla koko suoritusketjun ajan, on kriittistä tehtävissä kuten lokitus, todennus, jäljitys ja pyyntöjen käsittely. Tässä kohtaa oikeanlaisen asynkronisen kontekstin muuttujien periytymisen ymmärtäminen ja toteuttaminen tulee välttämättömäksi.

Asynkronisen kontekstin haasteiden ymmärtäminen

Synkronisessa JavaScriptissä muuttujien käyttö on suoraviivaista. Ylemmässä skoopissa määritellyt muuttujat ovat helposti saatavilla alemmissa skoopeissa. Asynkroniset operaatiot kuitenkin rikkovat tämän yksinkertaisen mallin. Takaisinkutsut (callbacks), lupaukset (promises) ja async/await tuovat mukanaan kohtia, joissa suorituskonteksti voi siirtyä, mikä voi johtaa tärkeiden tietojen menettämiseen. Tarkastellaan seuraavaa esimerkkiä:

            function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

  setTimeout(() => {
    // Ongelma: Kuinka pääsemme käsiksi userId:hin tässä?
    console.log(`Processing request for user: ${userId}`); // userId saattaa olla määrittelemätön!
    res.send('Request processed');
  }, 1000);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä yksinkertaistetussa skenaariossa pyynnön otsakkeista saatu `userId` ei välttämättä ole luotettavasti saatavilla `setTimeout`-takaisinkutsun sisällä. Tämä johtuu siitä, että takaisinkutsu suoritetaan eri tapahtumasilmukan (event loop) iteraatiossa, jolloin alkuperäinen konteksti voi kadota.

Esittelyssä AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage, joka esiteltiin Node.js 14:ssä, tarjoaa mekanismin tietojen tallentamiseen ja hakemiseen, jotka säilyvät asynkronisten operaatioiden yli. Se toimii kuten säiekohtainen tallennus (thread-local storage) muissa kielissä, mutta on suunniteltu erityisesti JavaScriptin tapahtumapohjaiseen, estämättömään ympäristöön.

Kuinka AsyncLocalStorage toimii

AsyncLocalStorage antaa sinun luoda tallennusinstanssin, joka säilyttää datansa koko asynkronisen suorituskontekstin eliniän ajan. Tämä konteksti etenee automaattisesti `await`-kutsujen, lupausten ja muiden asynkronisten rajapintojen yli, varmistaen, että tallennetut tiedot pysyvät saatavilla.

AsyncLocalStorage:n peruskäyttö

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    setTimeout(() => {
      const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
      console.log(`Processing request for user: ${currentUserId}`);
      res.send('Request processed');
    }, 1000);
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä muokatussa esimerkissä `AsyncLocalStorage.run()` luo uuden suorituskontekstin ja alustavan säilön (tässä tapauksessa `Map`). `userId` tallennetaan sitten tähän kontekstiin käyttämällä `asyncLocalStorage.getStore().set()`. `setTimeout`-takaisinkutsun sisällä `asyncLocalStorage.getStore().get()` hakee `userId`:n kontekstista, varmistaen sen saatavuuden myös asynkronisen viiveen jälkeen.

Avainkäsitteet: Säilö (Store) ja Ajo (Run)

• Säilö (Store): Säilö on säiliö kontekstitiedoillesi. Se voi olla mikä tahansa JavaScript-objekti, mutta yleisimmin käytetään `Map`- tai yksinkertaista objektia. Säilö on yksilöllinen kullekin asynkroniselle suorituskontekstille.
• Ajo (Run): `run()`-metodi suorittaa funktion AsyncLocalStorage-instanssin kontekstissa. Se hyväksyy säilön ja takaisinkutsufunktion. Kaikki tuon takaisinkutsun sisällä (ja sen käynnistämät asynkroniset operaatiot) pääsevät käsiksi kyseiseen säilöön.

AsyncResource: Silta natiiveihin asynkronisiin operaatioihin

Vaikka AsyncLocalStorage tarjoaa tehokkaan mekanismin kontekstin etenemiseen JavaScript-koodissa, se ei automaattisesti ulotu natiiveihin asynkronisiin operaatioihin, kuten tiedostojärjestelmän käyttöön tai verkkopyyntöihin. AsyncResource kuromalla tämän aukon umpeen mahdollistamalla näiden operaatioiden nimenomaisen yhdistämisen nykyiseen AsyncLocalStorage-kontekstiin.

AsyncResource:n ymmärtäminen

AsyncResource antaa sinun luoda esityksen asynkronisesta operaatiosta, jota AsyncLocalStorage voi seurata. Tämä varmistaa, että AsyncLocalStorage-konteksti etenee oikein natiiviin asynkroniseen operaatioon liittyviin takaisinkutsuihin tai lupauksiin.

AsyncResource:n käyttäminen

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    const resource = new AsyncResource('file-read-operation');

    fs.readFile('data.txt', 'utf8', (err, data) => {
      resource.runInAsyncScope(() => {
        const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
        console.log(`Processing data for user ${currentUserId}: ${data.length} bytes read`);
        res.send('Request processed');
        resource.emitDestroy();
      });
    });
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä `AsyncResource`:a käytetään `fs.readFile`-operaation käärimiseen. `resource.runInAsyncScope()` varmistaa, että `fs.readFile`:n takaisinkutsufunktio suoritetaan AsyncLocalStorage-kontekstissa, tehden `userId`:n saatavilla olevaksi. `resource.emitDestroy()`-kutsu on ratkaisevan tärkeä resurssien vapauttamiseksi ja muistivuotojen estämiseksi asynkronisen operaation päätyttyä. Huomautus: `emitDestroy()`-kutsun laiminlyönti voi johtaa resurssivuotoihin ja sovelluksen epävakauteen.

Avainkäsitteet: Resurssienhallinta

• Resurssin luominen: Luo `AsyncResource`-instanssi ennen asynkronisen operaation aloittamista. Konstruktori ottaa nimen (käytetään virheenjäljityksessä) ja valinnaisen `triggerAsyncId`:n.
• Kontekstin eteneminen: Käytä `runInAsyncScope()`-metodia suorittaaksesi takaisinkutsufunktion AsyncLocalStorage-kontekstissa.
• Resurssin tuhoaminen: Kutsu `emitDestroy()`-metodia, kun asynkroninen operaatio on valmis, vapauttaaksesi resurssit.

Kontekstin etenemisketjun rakentaminen

AsyncLocalStorage:n ja AsyncResource:n todellinen voima piilee niiden kyvyssä luoda kontekstin etenemisketju, joka ulottuu useiden asynkronisten operaatioiden ja funktiokutsujen yli. Tämä mahdollistaa yhtenäisen ja luotettavan kontekstin ylläpitämisen koko sovelluksessasi.

Esimerkki: Monikerroksinen asynkroninen kulku

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

async function fetchData() {
  return new Promise((resolve) => {
    const resource = new AsyncResource('data-fetch');
    fs.readFile('data.txt', 'utf8', (err, data) => {
      resource.runInAsyncScope(() => {
        resolve(data);
        resource.emitDestroy();
      });
    });
  });
}

async function processData(data) {
  const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`Processing data for user ${currentUserId}: ${data.length} bytes`);
  return `Processed by user ${currentUserId}: ${data.substring(0, 20)}...`;
}

async function sendResponse(processedData, res) {
  res.send(processedData);
}

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    const data = await fetchData();
    const processedData = await processData(data);
    await sendResponse(processedData, res);
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä `processRequest` käynnistää kulun. Se käyttää `AsyncLocalStorage.run()`-metodia luodakseen alkuperäisen kontekstin `userId`:llä. `fetchData` lukee dataa tiedostosta asynkronisesti käyttäen `AsyncResource`:a. Sitten `processData` käyttää `userId`:tä AsyncLocalStorage:sta datan käsittelyyn. Lopuksi `sendResponse` lähettää käsitellyn datan takaisin asiakkaalle. Avainasemassa on, että `userId` on saatavilla koko tämän asynkronisen ketjun ajan AsyncLocalStorage:n tarjoaman kontekstin etenemisen ansiosta.

Kontekstin etenemisketjun edut

• Yksinkertaistettu lokitus: Pääset käsiksi pyyntökohtaisiin tietoihin (esim. käyttäjätunnus, pyyntötunnus) lokituslogiikassasi ilman, että niitä tarvitsee erikseen välittää useiden funktiokutsujen kautta. Tämä helpottaa virheenjäljitystä ja auditointia.
• Keskitetty konfiguraatio: Tallenna tiettyyn pyyntöön tai operaatioon liittyvät konfiguraatioasetukset AsyncLocalStorage-kontekstiin. Tämä mahdollistaa sovelluksen dynaamisen käyttäytymisen muuttamisen kontekstin perusteella.
• Parannettu havaittavuus: Integroi jäljitysjärjestelmiin seurataksesi asynkronisten operaatioiden suorituskulkua ja tunnistaaksesi suorituskyvyn pullonkauloja.
• Parannettu turvallisuus: Hallitse turvallisuuteen liittyvää tietoa (esim. todennustokenit, valtuutusroolit) kontekstin sisällä, varmistaen yhtenäisen ja turvallisen pääsynvalvonnan.

Parhaat käytännöt AsyncLocalStorage:n ja AsyncResource:n käyttöön

Vaikka AsyncLocalStorage ja AsyncResource ovat tehokkaita työkaluja, niitä tulisi käyttää harkiten suorituskykykuormituksen ja mahdollisten sudenkuoppien välttämiseksi.

Minimoi säilön koko

Tallenna vain ne tiedot, jotka ovat todella välttämättömiä asynkroniselle kontekstille. Vältä suurten objektien tai tarpeettoman datan tallentamista, sillä se voi vaikuttaa suorituskykyyn. Harkitse kevyiden tietorakenteiden, kuten Mapien tai tavallisten JavaScript-objektien, käyttöä.

Vältä liiallisia kontekstin vaihtoja

Toistuvat `AsyncLocalStorage.run()`-kutsut voivat aiheuttaa suorituskykykuormitusta. Ryhmittele toisiinsa liittyvät asynkroniset operaatiot yhteen kontekstiin aina kun mahdollista. Vältä AsyncLocalStorage-kontekstien tarpeetonta sisäkkäisyyttä.

Käsittele virheet hallitusti

Varmista, että virheet AsyncLocalStorage-kontekstin sisällä käsitellään asianmukaisesti. Käytä try-catch-lohkoja tai virheenkäsittely-middlewarea estääksesi käsittelemättömien poikkeusten häiritsemästä kontekstin etenemisketjua. Harkitse virheiden lokittamista kontekstikohtaisilla tiedoilla, jotka on haettu AsyncLocalStorage-säilöstä, helpottaaksesi virheenjäljitystä.

Käytä AsyncResourcea vastuullisesti

Kutsu aina `resource.emitDestroy()` asynkronisen operaation päätyttyä resurssien vapauttamiseksi. Tämän laiminlyönti voi johtaa muistivuotoihin ja sovelluksen epävakauteen. Käytä AsyncResourcea vain tarvittaessa sillan rakentamiseen JavaScript-koodin ja natiivien asynkronisten operaatioiden välille. Puhtaasti JavaScript-pohjaisille asynkronisille operaatioille pelkkä AsyncLocalStorage riittää usein.

Ota huomioon suorituskykyvaikutukset

AsyncLocalStorage ja AsyncResource aiheuttavat jonkin verran suorituskykykuormitusta. Vaikka se on yleensä hyväksyttävää useimmissa sovelluksissa, on tärkeää olla tietoinen mahdollisesta vaikutuksesta, erityisesti suorituskykykriittisissä skenaarioissa. Profiloi koodisi ja mittaa AsyncLocalStorage:n ja AsyncResource:n käytön suorituskykyvaikutus varmistaaksesi, että se täyttää sovelluksesi vaatimukset.

Esimerkki: Mukautetun lokittajan toteuttaminen AsyncLocalStorage:n avulla

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const logger = {
  log: (message) => {
    const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'N/A';
    console.log(`[${requestId}] ${message}`);
  },
  error: (message) => {
    const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'N/A';
    console.error(`[${requestId}] ERROR: ${message}`);
  },
};

function processRequest(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(7); // Luo uniikki pyyntötunnus

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    logger.log('Request received');
    next(); // Siirrä kontrolli seuraavalle middlewarelle
  });
}

// Esimerkkikäyttö (Express.js-sovelluksessa)
// app.use(processRequest);
// app.get('/data', (req, res) => {
//   logger.log('Fetching data...');
//   res.send('Data retrieved successfully');
// });

// Virhetilanteissa:
// try {
//   // jokin koodi, joka voi heittää virheen
// } catch (error) {
//   logger.error(`An error occurred: ${error.message}`);
//   // ...
// }

            

              
                Copy
              
            
          

Tämä esimerkki osoittaa, kuinka AsyncLocalStorage:a voidaan käyttää mukautetun lokittajan toteuttamiseen, joka lisää automaattisesti pyyntötunnuksen jokaiseen lokiviestiin. Tämä poistaa tarpeen välittää pyyntötunnus erikseen lokitusfunktioille, mikä tekee koodista siistimpää ja helpommin ylläpidettävää.

Vaihtoehtoja AsyncLocalStorage:lle

Vaikka AsyncLocalStorage tarjoaa vankan ratkaisun kontekstin etenemiseen, on olemassa myös muita lähestymistapoja. Riippuen sovelluksesi erityistarpeista, nämä vaihtoehdot saattavat olla sopivampia.

Eksplisiittinen kontekstin välittäminen

Yksinkertaisin lähestymistapa on välittää kontekstitiedot eksplisiittisesti argumentteina funktiokutsuille. Vaikka tämä on suoraviivaista, siitä voi tulla raskasta ja virhealtista, erityisesti monimutkaisissa asynkronisissa kuluissa. Se myös kytkee funktiot tiukasti kontekstitietoihin, mikä tekee koodista vähemmän modulaarista ja uudelleenkäytettävää.

cls-hooked (yhteisömoduuli)

`cls-hooked` on suosittu yhteisömoduuli, joka tarjoaa samankaltaisen toiminnallisuuden kuin AsyncLocalStorage, mutta perustuu Node.js:n API:n monkey-patchingiin. Vaikka se voi joissakin tapauksissa olla helpompi käyttää, on yleensä suositeltavaa käyttää natiivia AsyncLocalStoragea aina kun mahdollista, koska se on suorituskykyisempi ja aiheuttaa vähemmän todennäköisesti yhteensopivuusongelmia.

Kontekstin etenemiskirjastot

Useat kirjastot tarjoavat korkeamman tason abstraktioita kontekstin etenemiseen. Nämä kirjastot tarjoavat usein ominaisuuksia, kuten automaattisen jäljityksen, lokitusintegraation ja tuen erilaisille kontekstityypeille. Esimerkkejä ovat kirjastot, jotka on suunniteltu tietyille viitekehyksille tai havaittavuusalustoille.

Yhteenveto

JavaScriptin AsyncLocalStorage ja AsyncResource tarjoavat tehokkaita mekanismeja kontekstin hallintaan asynkronisten operaatioiden yli. Ymmärtämällä säilöjen, ajojen ja resurssienhallinnan käsitteet voit rakentaa vakaita, ylläpidettäviä ja havaittavia asynkronisia sovelluksia. Vaikka vaihtoehtoja on olemassa, AsyncLocalStorage tarjoaa natiivin ja suorituskykyisen ratkaisun useimpiin käyttötapauksiin. Noudattamalla parhaita käytäntöjä ja harkitsemalla huolellisesti suorituskykyvaikutuksia voit hyödyntää AsyncLocalStoragea koodisi yksinkertaistamiseen ja asynkronisten sovellustesi yleisen laadun parantamiseen. Tämä johtaa koodiin, joka ei ole vain helpompi virheenjäljityksessä, vaan myös turvallisempi, luotettavampi ja skaalautuvampi nykypäivän monimutkaisissa asynkronisissa ympäristöissä. Älä unohda `AsyncResourcea` käyttäessäsi kriittistä `resource.emitDestroy()`-vaihetta mahdollisten muistivuotojen estämiseksi. Ota nämä työkalut haltuun voittaaksesi asynkronisen kontekstin monimutkaisuudet ja rakentaaksesi todella poikkeuksellisia JavaScript-sovelluksia.