Héritage des variables de contexte asynchrone en JavaScript : Maîtriser la chaîne de propagation du contexte

La programmation asynchrone est une pierre angulaire du développement JavaScript moderne, en particulier dans les environnements Node.js et de navigateur. Bien qu'elle offre des avantages significatifs en termes de performance, elle introduit également des complexités, notamment lors de la gestion du contexte à travers les opérations asynchrones. S'assurer que les variables et les données pertinentes sont accessibles tout au long de la chaîne d'exécution est essentiel pour des tâches comme la journalisation, l'authentification, le traçage et la gestion des requêtes. C'est là que la compréhension et la mise en œuvre d'un héritage de variables de contexte asynchrone approprié deviennent essentielles.

Comprendre les défis du contexte asynchrone

En JavaScript synchrone, l'accès aux variables est simple. Les variables déclarées dans une portée parente sont facilement disponibles dans les portées enfants. Cependant, les opérations asynchrones perturbent ce modèle simple. Les callbacks, les promesses et async/await introduisent des points où le contexte d'exécution peut changer, entraînant potentiellement la perte d'accès à des données importantes. Considérez l'exemple suivant :

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

  setTimeout(() => {
    // Problème : Comment accéder à userId ici ?
    console.log(`Processing request for user: ${userId}`); // userId pourrait être non défini !
    res.send('Request processed');
  }, 1000);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Dans ce scénario simplifié, le `userId` obtenu des en-têtes de la requête pourrait ne pas être accessible de manière fiable dans le callback de `setTimeout`. Cela est dû au fait que le callback s'exécute dans une itération différente de la boucle d'événements, perdant potentiellement le contexte d'origine.

Présentation d'AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage, introduit dans Node.js 14, fournit un mécanisme pour stocker et récupérer des données qui persistent à travers les opérations asynchrones. Il agit comme un stockage local de thread (thread-local storage) dans d'autres langages, mais est spécifiquement conçu pour l'environnement non bloquant et piloté par les événements de JavaScript.

Comment fonctionne AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage vous permet de créer une instance de stockage qui conserve ses données pendant toute la durée de vie d'un contexte d'exécution asynchrone. Ce contexte est automatiquement propagé à travers les appels `await`, les promesses et autres frontières asynchrones, garantissant que les données stockées restent accessibles.

Utilisation de base d'AsyncLocalStorage

            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
              
            
          

Dans cet exemple révisé, `AsyncLocalStorage.run()` crée un nouveau contexte d'exécution avec un magasin initial (dans ce cas, une `Map`). Le `userId` est ensuite stocké dans ce contexte en utilisant `asyncLocalStorage.getStore().set()`. À l'intérieur du callback de `setTimeout`, `asyncLocalStorage.getStore().get()` récupère le `userId` depuis le contexte, garantissant sa disponibilité même après le délai asynchrone.

Concepts clés : Store et Run

• Store : Le magasin (store) est un conteneur pour vos données de contexte. Il peut s'agir de n'importe quel objet JavaScript, mais l'utilisation d'une `Map` ou d'un objet simple est courante. Le magasin est unique à chaque contexte d'exécution asynchrone.
• Run : La méthode `run()` exécute une fonction dans le contexte de l'instance AsyncLocalStorage. Elle accepte un magasin et une fonction de rappel (callback). Tout ce qui se trouve dans ce callback (et toutes les opérations asynchrones qu'il déclenche) aura accès à ce magasin.

AsyncResource : Combler le fossé avec les opérations asynchrones natives

Bien qu'AsyncLocalStorage fournisse un mécanisme puissant pour la propagation de contexte dans le code JavaScript, il ne s'étend pas automatiquement aux opérations asynchrones natives comme l'accès au système de fichiers ou les requêtes réseau. AsyncResource comble ce fossé en vous permettant d'associer explicitement ces opérations au contexte AsyncLocalStorage actuel.

Comprendre AsyncResource

AsyncResource vous permet de créer une représentation d'une opération asynchrone qui peut être suivie par AsyncLocalStorage. Cela garantit que le contexte AsyncLocalStorage est correctement propagé aux callbacks ou aux promesses associés à l'opération asynchrone native.

Utilisation d'AsyncResource

            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
              
            
          

Dans cet exemple, `AsyncResource` est utilisé pour envelopper l'opération `fs.readFile`. `resource.runInAsyncScope()` garantit que la fonction de rappel pour `fs.readFile` s'exécute dans le contexte de l'AsyncLocalStorage, rendant le `userId` accessible. L'appel à `resource.emitDestroy()` est crucial pour libérer les ressources et éviter les fuites de mémoire une fois l'opération asynchrone terminée. Remarque : Ne pas appeler `emitDestroy()` peut entraîner des fuites de ressources et l'instabilité de l'application.

Concepts clés : Gestion des ressources

• Création de ressource : Créez une instance d'`AsyncResource` avant de lancer l'opération asynchrone. Le constructeur prend un nom (utilisé pour le débogage) et un `triggerAsyncId` optionnel.
• Propagation de contexte : Utilisez `runInAsyncScope()` pour exécuter la fonction de rappel dans le contexte AsyncLocalStorage.
• Destruction de ressource : Appelez `emitDestroy()` lorsque l'opération asynchrone est terminée pour libérer les ressources.

Construire une chaîne de propagation de contexte

La véritable puissance d'AsyncLocalStorage et d'AsyncResource réside dans leur capacité à créer une chaîne de propagation de contexte qui s'étend sur plusieurs opérations asynchrones et appels de fonction. Cela vous permet de maintenir un contexte cohérent et fiable dans toute votre application.

Exemple : Un flux asynchrone à plusieurs niveaux

            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
              
            
          

Dans cet exemple, `processRequest` initie le flux. Il utilise `AsyncLocalStorage.run()` pour établir le contexte initial avec le `userId`. `fetchData` lit les données d'un fichier de manière asynchrone en utilisant `AsyncResource`. `processData` accède ensuite au `userId` depuis l'AsyncLocalStorage pour traiter les données. Enfin, `sendResponse` renvoie les données traitées au client. La clé est que le `userId` est disponible tout au long de cette chaîne asynchrone grâce à la propagation de contexte fournie par AsyncLocalStorage.

Avantages de la chaîne de propagation de contexte

• Journalisation simplifiée : Accédez aux informations spécifiques à la requête (par ex., ID utilisateur, ID de requête) dans votre logique de journalisation sans les transmettre explicitement à travers de multiples appels de fonction. Cela facilite le débogage et l'audit.
• Configuration centralisée : Stockez les paramètres de configuration pertinents pour une requête ou une opération particulière dans le contexte AsyncLocalStorage. Cela vous permet d'ajuster dynamiquement le comportement de l'application en fonction du contexte.
• Observabilité améliorée : Intégrez avec des systèmes de traçage pour suivre le flux d'exécution des opérations asynchrones et identifier les goulots d'étranglement de performance.
• Sécurité améliorée : Gérez les informations liées à la sécurité (par ex., jetons d'authentification, rôles d'autorisation) dans le contexte, garantissant un contrôle d'accès cohérent et sécurisé.

Meilleures pratiques pour l'utilisation d'AsyncLocalStorage et d'AsyncResource

Bien qu'AsyncLocalStorage et AsyncResource soient des outils puissants, ils doivent être utilisés judicieusement pour éviter une surcharge de performance et des pièges potentiels.

Minimiser la taille du magasin (Store)

Ne stockez que les données qui sont vraiment nécessaires pour le contexte asynchrone. Évitez de stocker de gros objets ou des données inutiles, car cela peut avoir un impact sur les performances. Envisagez d'utiliser des structures de données légères comme des Maps ou des objets JavaScript simples.

Éviter les changements de contexte excessifs

Des appels fréquents à `AsyncLocalStorage.run()` peuvent introduire une surcharge de performance. Regroupez les opérations asynchrones connexes dans un seul contexte chaque fois que possible. Évitez d'imbriquer inutilement les contextes AsyncLocalStorage.

Gérer les erreurs avec élégance

Assurez-vous que les erreurs dans le contexte AsyncLocalStorage sont correctement gérées. Utilisez des blocs try-catch ou des middlewares de gestion d'erreurs pour empêcher les exceptions non gérées de perturber la chaîne de propagation du contexte. Envisagez de journaliser les erreurs avec des informations spécifiques au contexte récupérées depuis le magasin AsyncLocalStorage pour un débogage plus facile.

Utiliser AsyncResource de manière responsable

Appelez toujours `resource.emitDestroy()` après la fin de l'opération asynchrone pour libérer les ressources. Ne pas le faire peut entraîner des fuites de mémoire et l'instabilité de l'application. Utilisez AsyncResource uniquement lorsque c'est nécessaire pour combler le fossé entre le code JavaScript et les opérations asynchrones natives. Pour les opérations asynchrones purement JavaScript, AsyncLocalStorage seul est souvent suffisant.

Considérer les implications sur la performance

AsyncLocalStorage et AsyncResource introduisent une certaine surcharge de performance. Bien que généralement acceptable pour la plupart des applications, il est essentiel d'être conscient de l'impact potentiel, en particulier dans les scénarios critiques en termes de performance. Profilez votre code et mesurez l'impact sur les performances de l'utilisation d'AsyncLocalStorage et d'AsyncResource pour vous assurer qu'il répond aux exigences de votre application.

Exemple : Implémenter un logger personnalisé avec AsyncLocalStorage

            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); // Générer un ID de requête unique

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    logger.log('Request received');
    next(); // Passer le contrôle au middleware suivant
  });
}

// Exemple d'utilisation (dans une application Express.js)
// app.use(processRequest);
// app.get('/data', (req, res) => {
//   logger.log('Fetching data...');
//   res.send('Data retrieved successfully');
// });

// En cas d'erreurs :
// try {
//   // du code qui pourrait lever une erreur
// } catch (error) {
//   logger.error(`An error occurred: ${error.message}`);
//   // ...
// }

            

              
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Cet exemple montre comment AsyncLocalStorage peut être utilisé pour implémenter un logger personnalisé qui inclut automatiquement l'ID de la requête dans chaque message de log. Cela élimine le besoin de passer explicitement l'ID de la requête aux fonctions de journalisation, rendant le code plus propre et plus facile à maintenir.

Alternatives à AsyncLocalStorage

Bien qu'AsyncLocalStorage fournisse une solution robuste pour la propagation de contexte, d'autres approches existent. Selon les besoins spécifiques de votre application, ces alternatives pourraient être plus adaptées.

Passage de contexte explicite

L'approche la plus simple consiste à passer explicitement les données de contexte en tant qu'arguments aux appels de fonction. Bien que simple, cela peut devenir fastidieux et source d'erreurs, en particulier dans des flux asynchrones complexes. Cela couple également étroitement les fonctions aux données de contexte, rendant le code moins modulaire et réutilisable.

cls-hooked (Module communautaire)

`cls-hooked` est un module communautaire populaire qui fournit une fonctionnalité similaire à AsyncLocalStorage, mais repose sur le "monkey-patching" de l'API Node.js. Bien qu'il puisse être plus facile à utiliser dans certains cas, il est généralement recommandé d'utiliser l'AsyncLocalStorage natif lorsque c'est possible, car il est plus performant et moins susceptible d'introduire des problèmes de compatibilité.

Bibliothèques de propagation de contexte

Plusieurs bibliothèques fournissent des abstractions de plus haut niveau pour la propagation de contexte. Ces bibliothèques offrent souvent des fonctionnalités telles que le traçage automatique, l'intégration de la journalisation et la prise en charge de différents types de contexte. Les exemples incluent des bibliothèques conçues pour des frameworks spécifiques ou des plateformes d'observabilité.

Conclusion

AsyncLocalStorage et AsyncResource de JavaScript fournissent des mécanismes puissants pour gérer le contexte à travers les opérations asynchrones. En comprenant les concepts de magasins (stores), d'exécutions (runs) et de gestion des ressources, vous pouvez construire des applications asynchrones robustes, maintenables et observables. Bien que des alternatives existent, AsyncLocalStorage offre une solution native et performante pour la plupart des cas d'utilisation. En suivant les meilleures pratiques et en considérant attentivement les implications sur la performance, vous pouvez tirer parti d'AsyncLocalStorage pour simplifier votre code et améliorer la qualité globale de vos applications asynchrones. Il en résulte un code non seulement plus facile à déboguer, mais aussi plus sécurisé, fiable et évolutif dans les environnements asynchrones complexes d'aujourd'hui. N'oubliez pas l'étape cruciale de `resource.emitDestroy()` lors de l'utilisation d'`AsyncResource` pour éviter les fuites de mémoire potentielles. Adoptez ces outils pour maîtriser les complexités du contexte asynchrone et construire des applications JavaScript vraiment exceptionnelles.