JavaScriptin asynkroniset kontekstimuuttujat: syväsukellus pyyntöjen seurantaan

Asynkroninen ohjelmointi on keskeistä nykyaikaisessa JavaScript-kehityksessä, erityisesti Node.js:n kaltaisissa ympäristöissä. Tilan ja kontekstin hallinta asynkronisten operaatioiden välillä voi kuitenkin olla haastavaa. Tässä asynkroniset kontekstimuuttujat (Async Context Variables, ACV) astuvat kuvaan. Tämä artikkeli tarjoaa kattavan oppaan asynkronisten kontekstimuuttujien ymmärtämiseen ja toteuttamiseen vankkaa pyyntöjen seurantaa ja parempaa diagnostiikkaa varten.

Mitä ovat asynkroniset kontekstimuuttujat?

Asynkroniset kontekstimuuttujat, jotka tunnetaan Node.js:ssä myös nimellä AsyncLocalStorage, tarjoavat mekanismin datan tallentamiseen ja käyttämiseen, joka on paikallista nykyiselle asynkroniselle suorituskontekstille. Ajattele sitä kuten säiekohtaista tallennustilaa (thread-local storage) muissa kielissä, mutta mukautettuna JavaScriptin yksisäikeiseen, tapahtumapohjaiseen luonteeseen. Tämä mahdollistaa datan liittämisen asynkroniseen operaatioon ja sen johdonmukaisen käytön koko operaation elinkaaren ajan, riippumatta siitä, kuinka monta asynkronista kutsua tehdään.

Perinteiset lähestymistavat pyyntöjen seurantaan, kuten datan välittäminen funktiargumenttien kautta, voivat muuttua kömpelöiksi ja virhealtteiksi sovelluksen monimutkaisuuden kasvaessa. Asynkroniset kontekstimuuttujat tarjoavat siistimmän ja helpommin ylläpidettävän ratkaisun.

Miksi käyttää asynkronisia kontekstimuuttujia pyyntöjen seurantaan?

Pyyntöjen seuranta on ratkaisevan tärkeää useista syistä:

• Virheenjäljitys: Kun virhe tapahtuu, sinun on ymmärrettävä konteksti, jossa se tapahtui. Pyyntötunnisteet, käyttäjätunnisteet ja muut oleelliset tiedot voivat auttaa ongelman lähteen paikantamisessa.
• Lokitus: Lokiviestien rikastaminen pyyntökohtaisilla tiedoilla helpottaa pyynnön suorituskulun seuraamista ja suorituskyvyn pullonkaulojen tunnistamista.
• Suorituskyvyn valvonta: Pyyntöjen keston ja resurssien käytön seuraaminen voi auttaa tunnistamaan hitaita päätepisteitä ja optimoimaan sovelluksen suorituskykyä.
• Tietoturva-auditointi: Käyttäjätoimintojen ja niihin liittyvien tietojen lokittaminen voi tarjota arvokkaita tietoja tietoturva-auditointeja ja vaatimustenmukaisuutta varten.

Asynkroniset kontekstimuuttujat yksinkertaistavat pyyntöjen seurantaa tarjoamalla keskitetyn, helposti saatavilla olevan säilön pyyntökohtaiselle datalle. Tämä poistaa tarpeen välittää kontekstidataa manuaalisesti useiden funktiokutsujen ja asynkronisten operaatioiden kautta.

Asynkronisten kontekstimuuttujien toteuttaminen Node.js:ssä

Node.js tarjoaa async_hooks-moduulin, joka sisältää AsyncLocalStorage-luokan asynkronisen kontekstin hallintaan. Tässä on perusesimerkki:

Esimerkki: Perusmuotoinen pyyntöjen seuranta AsyncLocalStorage-luokalla

Tuo ensin tarvittavat moduulit:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Luo AsyncLocalStorage-instanssi:

            const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

            

              
                Copy
              
            
          

Luo HTTP-palvelin, joka käyttää AsyncLocalStorage-luokkaa pyyntötunnisteen tallentamiseen ja noutamiseen:

            const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    setTimeout(() => {
      console.log(`Request ID inside timeout: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);
      res.end('Hello, world!');
    }, 100);
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Käynnistä palvelin:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä asyncLocalStorage.run() luo uuden asynkronisen kontekstin. Tämän kontekstin sisällä asetamme requestId-tunnisteen. setTimeout-funktio, joka suoritetaan asynkronisesti, voi silti käyttää requestId-tunnistetta, koska se on saman asynkronisen kontekstin sisällä.

Selitys

• AsyncLocalStorage: Tarjoaa API:n asynkronisen kontekstin hallintaan.
• asyncLocalStorage.run(store, callback): Suorittaa callback-funktion uudessa asynkronisessa kontekstissa. store-argumentti on alkuarvo kontekstille (esim. Map tai olio).
• asyncLocalStorage.getStore(): Palauttaa nykyisen asynkronisen kontekstin säilön.

Edistyneet pyyntöjen seurantaskenaariot

Perusesimerkki esittelee perusperiaatteet. Tässä on edistyneempiä skenaarioita:

Skenaario 1: Integrointi tietokantaan

Voit käyttää asynkronisia kontekstimuuttujia sisällyttämään pyyntötunnisteet automaattisesti tietokantakyselyihin. Tämä on erityisen hyödyllistä tietokantavuorovaikutusten auditoinnissa ja virheenjäljityksessä.

            const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const http = require('http');
const { Pool } = require('pg'); // Olettaen PostgreSQL

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const pool = new Pool({
  user: 'your_user',
  host: 'your_host',
  database: 'your_database',
  password: 'your_password',
  port: 5432,
});

// Funktio kyselyn suorittamiseen pyyntötunnisteella
async function executeQuery(queryText, values = []) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'unknown';
  const enrichedQueryText = `/* requestId: ${requestId} */ ${queryText}`;
  try {
     const res = await pool.query(enrichedQueryText, values);
     return res;
  } catch (err) {
     console.error("Error executing query:", err);
     throw err;
  }

}

const server = http.createServer(async (req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    try {
      // Esimerkki: Datan lisääminen tauluun
      const result = await executeQuery('SELECT NOW()');
      console.log("Query result:", result.rows);
      res.end('Hello, database!');
    } catch (error) {
      console.error("Request failed:", error);
      res.statusCode = 500;
      res.end('Internal Server Error');
    }

  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä executeQuery-funktio noutaa pyyntötunnisteen AsyncLocalStorage-säilöstä ja sisällyttää sen kommenttina SQL-kyselyyn. Tämä mahdollistaa tietokantakyselyiden helpon jäljittämisen takaisin tiettyihin pyyntöihin.

Skenaario 2: Hajautettu jäljitys (Distributed Tracing)

Monimutkaisissa sovelluksissa, joissa on useita mikropalveluita, voit käyttää asynkronisia kontekstimuuttujia jäljitystietojen välittämiseen palvelurajojen yli. Tämä mahdollistaa päästä päähän -pyyntöjen jäljityksen, mikä on välttämätöntä suorituskyvyn pullonkaulojen tunnistamisessa ja hajautettujen järjestelmien virheenjäljityksessä.

Tämä yleensä tarkoittaa uniikin jäljitystunnisteen (trace ID) luomista pyynnön alussa ja sen välittämistä kaikkiin alavirran palveluihin. Tämä voidaan tehdä sisällyttämällä jäljitystunniste HTTP-otsakkeisiin.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const server = http.createServer((req, res) => {
  const traceId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Trace ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('traceId')}`);

    // Tee pyyntö toiseen palveluun
    makeRequestToAnotherService(traceId)
      .then(data => {
        res.end(`Response from other service: ${data}`);
      })
      .catch(err => {
        console.error('Error making request:', err);
        res.statusCode = 500;
        res.end('Error from upstream service');
      });

  });
});

async function makeRequestToAnotherService(traceId) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const options = {
      hostname: 'example.com',
      port: 443,
      path: '/',
      method: 'GET',
      headers: {
        'X-Trace-ID': traceId, // Välitä jäljitystunniste HTTP-otsakkeessa
      },
    };

    const req = https.request(options, (res) => {
      let data = '';

      res.on('data', (chunk) => {
        data += chunk;
      });

      res.on('end', () => {
        resolve(data);
      });
    });

    req.on('error', (error) => {
      reject(error);
    });

    req.end();
  });
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

Vastaanottava palvelu voi sitten poimia jäljitystunnisteen HTTP-otsakkeesta ja tallentaa sen omaan AsyncLocalStorage-säilöönsä. Tämä luo jäljitystunnisteiden ketjun, joka ulottuu useiden palveluiden yli, mahdollistaen päästä päähän -pyyntöjen jäljityksen.

Skenaario 3: Lokien korrelaatio

Johdonmukainen lokitus pyyntökohtaisilla tiedoilla mahdollistaa lokien korreloinnin useiden palveluiden ja komponenttien välillä. Tämä helpottaa ongelmien diagnosointia ja pyyntöjen kulun seuraamista järjestelmän läpi. Kirjastot, kuten Winston ja Bunyan, voidaan integroida sisällyttämään automaattisesti AsyncLocalStorage-dataa lokiviesteihin.

Näin määrität Winstonin automaattiseen lokien korrelaatioon:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    logger.info('Request received');

    setTimeout(() => {
      logger.info('Processing request...');
      res.end('Hello, logging!');
    }, 100);
  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Määrittämällä Winston-loggerin sisällyttämään pyyntötunnisteen AsyncLocalStorage-säilöstä, kaikki pyyntökontekstin sisällä olevat lokiviestit merkitään automaattisesti pyyntötunnisteella.

Parhaat käytännöt asynkronisten kontekstimuuttujien käyttöön

• Alusta AsyncLocalStorage aikaisin: Luo ja alusta AsyncLocalStorage-instanssisi mahdollisimman aikaisin sovelluksesi elinkaaressa. Tämä varmistaa, että se on saatavilla koko sovelluksessasi.
• Käytä johdonmukaista nimeämiskäytäntöä: Määritä johdonmukainen nimeämiskäytäntö kontekstimuuttujillesi. Tämä helpottaa koodisi ymmärtämistä ja ylläpitoa. Voit esimerkiksi aloittaa kaikki kontekstimuuttujien nimet etuliitteellä acv_.
• Minimoi kontekstidata: Tallenna vain välttämätön data asynkroniseen kontekstiin. Suuret kontekstiobjektit voivat vaikuttaa suorituskykyyn. Harkitse viittausten tallentamista muihin objekteihin itse objektien sijaan.
• Käsittele virheet huolellisesti: Varmista, että virheenkäsittelylogiikkasi siivoaa asynkronisen kontekstin asianmukaisesti. Käsittelemättömät poikkeukset voivat jättää kontekstin epäjohdonmukaiseen tilaan.
• Harkitse suorituskykyvaikutuksia: Vaikka AsyncLocalStorage on yleensä suorituskykyinen, liiallinen käyttö tai suuret kontekstiobjektit voivat vaikuttaa suorituskykyyn. Mittaa sovelluksesi suorituskyky AsyncLocalStorage-luokan käyttöönoton jälkeen.
• Käytä varoen kirjastoissa: Vältä AsyncLocalStorage-luokan käyttöä kirjastoissa, jotka on tarkoitettu muiden käytettäväksi, koska se voi johtaa odottamattomaan käyttäytymiseen ja konflikteihin kuluttajasovelluksen oman AsyncLocalStorage-käytön kanssa.

Vaihtoehdot asynkronisille kontekstimuuttujille

Vaikka asynkroniset kontekstimuuttujat tarjoavat tehokkaan ratkaisun pyyntöjen seurantaan, on olemassa myös vaihtoehtoisia lähestymistapoja:

• Manuaalinen kontekstin välittäminen: Kontekstidatan välittäminen funktiargumentteina. Tämä lähestymistapa on yksinkertainen pienissä sovelluksissa, mutta muuttuu kömpelöksi ja virhealtteiksi monimutkaisuuden kasvaessa.
• Middleware: Middlewaren käyttö kontekstidatan lisäämiseksi pyyntöobjekteihin. Tämä lähestymistapa on yleinen verkkokehyssovelluksissa, kuten Express.js:ssä.
• Kontekstin välittämiskirjastot: Kirjastot, jotka tarjoavat korkeamman tason abstraktioita kontekstin välittämiseen. Nämä kirjastot voivat yksinkertaistaa monimutkaisten jäljitysskenaarioiden toteuttamista.

Lähestymistavan valinta riippuu sovelluksesi erityisvaatimuksista. Asynkroniset kontekstimuuttujat soveltuvat erityisen hyvin monimutkaisiin asynkronisiin työnkulkuihin, joissa manuaalinen kontekstin välittäminen muuttuu vaikeasti hallittavaksi.

Yhteenveto

Asynkroniset kontekstimuuttujat tarjoavat tehokkaan ja elegantin ratkaisun tilan ja kontekstin hallintaan asynkronisissa JavaScript-sovelluksissa. Käyttämällä asynkronisia kontekstimuuttujia pyyntöjen seurantaan voit merkittävästi parantaa sovellustesi virheenjäljitys-, ylläpito- ja suorituskykyominaisuuksia. Perusmuotoisesta pyyntötunnisteiden seurannasta edistyneeseen hajautettuun jäljitykseen ja lokien korrelaatioon, AsyncLocalStorage antaa sinulle työkalut vankempien ja havaittavampien järjestelmien rakentamiseen. Näiden tekniikoiden ymmärtäminen ja toteuttaminen on olennaista kaikille kehittäjille, jotka työskentelevät asynkronisen JavaScriptin parissa, erityisesti monimutkaisissa palvelinympäristöissä.