Contexte Asynchrone JavaScript : Variables à Portée de Requête Démystifiées

La programmation asynchrone est une pierre angulaire du JavaScript moderne, en particulier dans les environnements comme Node.js où la gestion des requêtes simultanées est primordiale. Cependant, la gestion de l'état et des dépendances entre les opérations asynchrones peut rapidement devenir complexe. Les variables à portée de requête, accessibles tout au long du cycle de vie d'une seule requête, offrent une solution puissante. Cet article se penche sur le concept du contexte asynchrone de JavaScript, en se concentrant sur les variables à portée de requête et les techniques permettant de les gérer efficacement. Nous explorerons diverses approches, des modules natifs aux bibliothèques tierces, en fournissant des exemples pratiques et des informations pour vous aider à créer des applications robustes et maintenables.

Comprendre le contexte asynchrone en JavaScript

La nature monothread de JavaScript, associée à sa boucle d'événements, permet des opérations non bloquantes. Cette asynchronie est essentielle pour créer des applications réactives. Cependant, elle introduit également des défis dans la gestion du contexte. Dans un environnement synchrone, les variables sont naturellement délimitées dans les fonctions et les blocs. En revanche, les opérations asynchrones peuvent être dispersées sur plusieurs fonctions et itérations de boucle d'événements, ce qui rend difficile le maintien d'un contexte d'exécution cohérent.

Considérez un serveur Web traitant plusieurs requêtes simultanément. Chaque requête a besoin de son propre ensemble de données, telles que les informations d'authentification de l'utilisateur, les ID de requête pour la journalisation et les connexions à la base de données. Sans mécanisme pour isoler ces données, vous risquez une corruption des données et un comportement inattendu. C'est là que les variables à portée de requête entrent en jeu.

Que sont les variables à portée de requête ?

Les variables à portée de requête sont des variables spécifiques à une seule requête ou transaction dans un système asynchrone. Elles vous permettent de stocker et d'accéder aux données qui ne sont pertinentes que pour la requête actuelle, garantissant ainsi l'isolement entre les opérations simultanées. Considérez-les comme un espace de stockage dédié attaché à chaque requête entrante, persistant à travers les appels asynchrones effectués lors du traitement de cette requête. Ceci est crucial pour maintenir l'intégrité et la prévisibilité des données dans les environnements asynchrones.

Voici quelques cas d'utilisation clés :

• Authentification de l'utilisateur : Stockage des informations utilisateur après l'authentification, les rendant disponibles pour toutes les opérations suivantes dans le cycle de vie de la requête.
• ID de requête pour la journalisation et le traçage : Attribution d'un ID unique à chaque requête et propagation dans le système pour corréler les messages de journal et tracer le chemin d'exécution.
• Connexions à la base de données : Gestion des connexions à la base de données par requête pour assurer un isolement approprié et empêcher les fuites de connexion.
• Paramètres de configuration : Stockage de la configuration ou des paramètres spécifiques à la requête qui peuvent être accessibles par différentes parties de l'application.
• Gestion des transactions : Gestion de l'état transactionnel dans une seule requête.

Approches pour implémenter des variables à portée de requête

Plusieurs approches peuvent être utilisées pour implémenter des variables à portée de requête en JavaScript. Chaque approche a ses propres compromis en termes de complexité, de performances et de compatibilité. Explorons quelques-unes des techniques les plus courantes.

1. Propagation manuelle du contexte

L'approche la plus élémentaire consiste à transmettre manuellement les informations de contexte en tant qu'arguments à chaque fonction asynchrone. Bien que simple à comprendre, cette méthode peut rapidement devenir fastidieuse et source d'erreurs, en particulier dans les appels asynchrones profondément imbriqués.

Exemple :

function handleRequest(req, res) {
  const userId = authenticateUser(req);
  processData(userId, req, res);
}

function processData(userId, req, res) {
  fetchDataFromDatabase(userId, (err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, req, res);
    }
    renderResponse(data, userId, req, res);
  });
}

function renderResponse(data, userId, req, res) {
  // Use userId to personalize the response
  res.end(`Hello, user ${userId}! Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

Comme vous pouvez le constater, nous transmettons manuellement `userId`, `req` et `res` à chaque fonction. Cela devient de plus en plus difficile à gérer avec des flux asynchrones plus complexes.

Inconvénients :

• Code récurrent : La transmission explicite du contexte à chaque fonction crée beaucoup de code redondant.
• Source d'erreurs : Il est facile d'oublier de transmettre le contexte, ce qui entraîne des bogues.
• Difficultés de refactorisation : La modification du contexte nécessite de modifier chaque signature de fonction.
• Couplage fort : Les fonctions sont fortement couplées au contexte spécifique qu'elles reçoivent.

2. AsyncLocalStorage (Node.js v14.5.0+)

Node.js a introduit `AsyncLocalStorage` comme mécanisme intégré pour gérer le contexte entre les opérations asynchrones. Il fournit un moyen de stocker des données accessibles tout au long du cycle de vie d'une tâche asynchrone. Il s'agit généralement de l'approche recommandée pour les applications Node.js modernes. `AsyncLocalStorage` fonctionne via les méthodes `run` et `enterWith` pour garantir que le contexte est correctement propagé.

Exemple :

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function handleRequest(req, res) {
  const requestId = generateRequestId();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    processData(res);
  });
}

function processData(res) {
  fetchDataFromDatabase((err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, res);
    }
    renderResponse(data, res);
  });
}

function fetchDataFromDatabase(callback) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // ... fetch data using the request ID for logging/tracing
  setTimeout(() => {
    callback(null, { message: 'Data from database' });
  }, 100);
}

function renderResponse(data, res) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.end(`Request ID: ${requestId}, Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

Dans cet exemple, `asyncLocalStorage.run` crée un nouveau contexte (représenté par un `Map`) et exécute le rappel fourni dans ce contexte. Le `requestId` est stocké dans le contexte et est accessible dans `fetchDataFromDatabase` et `renderResponse` à l'aide de `asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')`. `req` est également rendu disponible de la même manière. La fonction anonyme enveloppe la logique principale. Toute opération asynchrone dans cette fonction héritera automatiquement du contexte.

Avantages :

• Intégré : Aucune dépendance externe requise dans les versions modernes de Node.js.
• Propagation automatique du contexte : Le contexte est automatiquement propagé entre les opérations asynchrones.
• Sécurité de type : L'utilisation de TypeScript peut aider à améliorer la sécurité de type lors de l'accès aux variables de contexte.
• Séparation claire des préoccupations : Les fonctions n'ont pas besoin d'être explicitement conscientes du contexte.

Inconvénients :

• Nécessite Node.js v14.5.0 ou version ultérieure : Les anciennes versions de Node.js ne sont pas prises en charge.
• Léger surcoût de performance : Il existe un léger surcoût de performance associé au changement de contexte.
• Gestion manuelle du stockage : La méthode `run` nécessite la transmission d'un objet de stockage, un Map ou un objet similaire doit donc être créé pour chaque requête.

3. cls-hooked (Stockage local de continuation)

`cls-hooked` est une bibliothèque qui fournit un stockage local de continuation (CLS), vous permettant d'associer des données au contexte d'exécution actuel. C'est un choix populaire pour la gestion des variables à portée de requête dans Node.js depuis de nombreuses années, avant la version native d'`AsyncLocalStorage`. Bien qu'`AsyncLocalStorage` soit désormais généralement préféré, `cls-hooked` reste une option viable, en particulier pour les bases de code héritées ou lors de la prise en charge d'anciennes versions de Node.js. Cependant, gardez à l'esprit que cela a des implications sur les performances.

Exemple :

const cls = require('cls-hooked');
const namespace = cls.createNamespace('my-app');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

cls.getNamespace = () => namespace;

const express = require('express');
const app = express();

app.use((req, res, next) => {
  namespace.run(() => {
    const requestId = uuidv4();
    namespace.set('requestId', requestId);
    namespace.set('request', req);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = namespace.get('requestId');
  console.log(`Request ID: ${requestId}`);
  res.send(`Hello, Request ID: ${requestId}`);
});

app.get('/data', (req, res) => {
  const requestId = namespace.get('requestId');

  setTimeout(() => {
    // Simulate asynchronous operation
    console.log(`Asynchronous operation - Request ID: ${requestId}`);
    res.send(`Data, Request ID: ${requestId}`);
  }, 500);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

Dans cet exemple, `cls.createNamespace` crée un espace de noms pour stocker les données à portée de requête. Le middleware enveloppe chaque requête dans `namespace.run`, ce qui établit le contexte de la requête. `namespace.set` stocke le `requestId` dans le contexte, et `namespace.get` le récupère plus tard dans le gestionnaire de requête et pendant l'opération asynchrone simulée. L'UUID est utilisé pour créer des ID de requête uniques.

Avantages :

• Largement utilisé : `cls-hooked` est un choix populaire depuis de nombreuses années et possède une grande communauté.
• API simple : L'API est relativement facile à utiliser et à comprendre.
• Prend en charge les anciennes versions de Node.js : Il est compatible avec les anciennes versions de Node.js.

Inconvénients :

• Surcoût de performance : `cls-hooked` repose sur le monkey-patching, ce qui peut introduire un surcoût de performance. Cela peut être important dans les applications à haut débit.
• Potentiel de conflits : Le monkey-patching peut potentiellement entrer en conflit avec d'autres bibliothèques.
• Problèmes de maintenance : Étant donné qu'`AsyncLocalStorage` est la solution native, les efforts de développement et de maintenance futurs seront probablement concentrés sur elle.

4. Zone.js

Zone.js est une bibliothèque qui fournit un contexte d'exécution pouvant être utilisé pour suivre les opérations asynchrones. Bien que principalement connue pour son utilisation dans Angular, Zone.js peut également être utilisée dans Node.js pour gérer les variables à portée de requête. Cependant, il s'agit d'une solution plus complexe et plus lourde qu'`AsyncLocalStorage` ou `cls-hooked`, et elle n'est généralement pas recommandée à moins que vous n'utilisiez déjà Zone.js dans votre application.

Avantages :

• Contexte complet : Zone.js fournit un contexte d'exécution très complet.
• Intégration avec Angular : Intégration transparente avec les applications Angular.

Inconvénients :

• Complexité : Zone.js est une bibliothèque complexe avec une courbe d'apprentissage abrupte.
• Surcoût de performance : Zone.js peut introduire un surcoût de performance important.
• Excessif pour les variables à portée de requête simples : C'est une solution excessive pour la gestion simple des variables à portée de requête.

5. Fonctions de middleware

Dans les frameworks d'applications Web comme Express.js, les fonctions de middleware offrent un moyen pratique d'intercepter les requêtes et d'effectuer des actions avant qu'elles n'atteignent les gestionnaires de route. Vous pouvez utiliser un middleware pour définir des variables à portée de requête et les rendre disponibles aux middlewares et aux gestionnaires de route suivants. Ceci est fréquemment combiné avec l'une des autres méthodes comme `AsyncLocalStorage`.

Exemple (utilisation d'AsyncLocalStorage avec le middleware Express) :

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

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

// Middleware to set request-scoped variables
app.use((req, res, next) => {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    const requestId = uuidv4();
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    next();
  });
});

// Route handler
app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.send(`Hello! Request ID: ${requestId}`);
});

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

Cet exemple montre comment utiliser un middleware pour définir le `requestId` dans `AsyncLocalStorage` avant que la requête n'atteigne le gestionnaire de route. Le gestionnaire de route peut ensuite accéder au `requestId` depuis `AsyncLocalStorage`.

Avantages :

• Gestion centralisée du contexte : Les fonctions de middleware fournissent un emplacement centralisé pour gérer les variables à portée de requête.
• Séparation claire des préoccupations : Les gestionnaires de route n'ont pas besoin d'être directement impliqués dans la configuration du contexte.
• Intégration facile avec les frameworks : Les fonctions de middleware sont bien intégrées aux frameworks d'applications Web comme Express.js.

Inconvénients :

• Nécessite un framework : Cette approche est principalement adaptée aux frameworks d'applications Web qui prennent en charge le middleware.
• Repose sur d'autres techniques : Le middleware doit généralement être combiné avec l'une des autres techniques (par exemple, `AsyncLocalStorage`, `cls-hooked`) pour réellement stocker et propager le contexte.

Bonnes pratiques pour utiliser les variables à portée de requête

Voici quelques bonnes pratiques à prendre en compte lors de l'utilisation de variables à portée de requête :

• Choisissez la bonne approche : Sélectionnez l'approche qui convient le mieux à vos besoins, en tenant compte de facteurs tels que la version de Node.js, les exigences de performance et la complexité. En général, `AsyncLocalStorage` est désormais la solution recommandée pour les applications Node.js modernes.
• Utilisez une convention de nommage cohérente : Utilisez une convention de nommage cohérente pour vos variables à portée de requête afin d'améliorer la lisibilité et la maintenabilité du code. Par exemple, préfixez toutes les variables à portée de requête avec `req_`.
• Documentez votre contexte : Documentez clairement le but de chaque variable à portée de requête et comment elle est utilisée dans l'application.
• Évitez de stocker directement des données sensibles : Envisagez de chiffrer ou de masquer les données sensibles avant de les stocker dans le contexte de la requête. Évitez de stocker directement des secrets comme les mots de passe.
• Nettoyez le contexte : Dans certains cas, vous devrez peut-être nettoyer le contexte après le traitement de la requête pour éviter les fuites de mémoire ou d'autres problèmes. Avec `AsyncLocalStorage`, le contexte est automatiquement effacé lorsque le rappel `run` se termine, mais avec d'autres approches comme `cls-hooked`, vous devrez peut-être effacer explicitement l'espace de noms.
• Soyez attentif aux performances : Soyez conscient des implications sur les performances de l'utilisation de variables à portée de requête, en particulier avec des approches comme `cls-hooked` qui reposent sur le monkey-patching. Testez minutieusement votre application pour identifier et résoudre les goulots d'étranglement de performance.
• Utilisez TypeScript pour la sécurité de type : Si vous utilisez TypeScript, tirez parti de ce dernier pour définir la structure de votre contexte de requête et garantir la sécurité de type lors de l'accès aux variables de contexte. Cela réduit les erreurs et améliore la maintenabilité.
• Envisagez d'utiliser une bibliothèque de journalisation : Intégrez vos variables à portée de requête à une bibliothèque de journalisation pour inclure automatiquement les informations de contexte dans vos messages de journal. Cela facilite le traçage des requêtes et le débogage des problèmes. Les bibliothèques de journalisation populaires comme Winston et Morgan prennent en charge la propagation du contexte.
• Utilisez des ID de corrélation pour le traçage distribué : Lorsque vous traitez des microservices ou des systèmes distribués, utilisez des ID de corrélation pour suivre les requêtes sur plusieurs services. L'ID de corrélation peut être stocké dans le contexte de la requête et propagé à d'autres services à l'aide d'en-têtes HTTP ou d'autres mécanismes.

Exemples concrets

Examinons quelques exemples concrets de la façon dont les variables à portée de requête peuvent être utilisées dans différents scénarios :

• Application de commerce électronique : Dans une application de commerce électronique, vous pouvez utiliser des variables à portée de requête pour stocker des informations sur le panier d'achat de l'utilisateur, telles que les articles dans le panier, l'adresse de livraison et le mode de paiement. Ces informations sont accessibles par différentes parties de l'application, telles que le catalogue de produits, le processus de commande et le système de traitement des commandes.
• Application financière : Dans une application financière, vous pouvez utiliser des variables à portée de requête pour stocker des informations sur le compte de l'utilisateur, telles que le solde du compte, l'historique des transactions et le portefeuille d'investissement. Ces informations sont accessibles par différentes parties de l'application, telles que le système de gestion de compte, la plateforme de trading et le système de reporting.
• Application de soins de santé : Dans une application de soins de santé, vous pouvez utiliser des variables à portée de requête pour stocker des informations sur le patient, telles que les antécédents médicaux du patient, les médicaments actuels et les allergies. Ces informations sont accessibles par différentes parties de l'application, telles que le système de dossier médical électronique (DME), le système de prescription et le système de diagnostic.
• Système de gestion de contenu (CMS) global : Un CMS gérant du contenu dans plusieurs langues peut stocker la langue préférée de l'utilisateur dans des variables à portée de requête. Cela permet à l'application de servir automatiquement le contenu dans la langue appropriée tout au long de la session de l'utilisateur. Cela garantit une expérience localisée, respectant les préférences linguistiques de l'utilisateur.
• Application SaaS multi-tenant : Dans une application Software-as-a-Service (SaaS) desservant plusieurs locataires, l'ID du locataire peut être stocké dans des variables à portée de requête. Cela permet à l'application d'isoler les données et les ressources pour chaque locataire, garantissant ainsi la confidentialité et la sécurité des données. Ceci est essentiel pour maintenir l'intégrité de l'architecture multi-tenant.

Conclusion

Les variables à portée de requête sont un outil précieux pour gérer l'état et les dépendances dans les applications JavaScript asynchrones. En fournissant un mécanisme pour isoler les données entre les requêtes simultanées, elles contribuent à garantir l'intégrité des données, à améliorer la maintenabilité du code et à simplifier le débogage. Bien que la propagation manuelle du contexte soit possible, les solutions modernes comme `AsyncLocalStorage` de Node.js offrent un moyen plus robuste et efficace de gérer le contexte asynchrone. Choisir judicieusement la bonne approche, suivre les bonnes pratiques et intégrer les variables à portée de requête aux outils de journalisation et de traçage peuvent grandement améliorer la qualité et la fiabilité de votre code JavaScript asynchrone. Les contextes asynchrones peuvent devenir particulièrement utiles dans les architectures de microservices.

Alors que l'écosystème JavaScript continue d'évoluer, il est essentiel de se tenir au courant des dernières techniques de gestion du contexte asynchrone pour créer des applications évolutives, maintenables et robustes. `AsyncLocalStorage` offre une solution propre et performante pour les variables à portée de requête, et son adoption est fortement recommandée pour les nouveaux projets. Cependant, il est important de comprendre les compromis des différentes approches, y compris les solutions héritées comme `cls-hooked`, pour maintenir et migrer les bases de code existantes. Adoptez ces techniques pour maîtriser les complexités de la programmation asynchrone et créer des applications JavaScript plus fiables et efficaces pour un public mondial.