JavaScript Async Local Storage : Maîtriser la gestion du contexte dans les environnements asynchrones

La programmation asynchrone est fondamentale en JavaScript moderne, particulièrement dans Node.js pour les applications côté serveur et de plus en plus dans le navigateur. Cependant, la gestion du contexte – des données spécifiques à une requête, une session utilisateur ou une transaction – à travers les opérations asynchrones peut être un défi. Les techniques standard comme le passage de données via les appels de fonction peuvent devenir lourdes et sujettes aux erreurs, surtout dans les applications complexes. C'est là que l'Async Local Storage (ALS) intervient comme une solution puissante.

Qu'est-ce que l'Async Local Storage (ALS) ?

L'Async Local Storage (ALS) offre un moyen de stocker des données qui sont locales à une opération asynchrone spécifique. Pensez-y comme au stockage local de thread (thread-local storage) dans d'autres langages de programmation, mais adapté au modèle monothread et événementiel de JavaScript. L'ALS vous permet d'associer des données au contexte d'exécution asynchrone actuel, les rendant accessibles à travers toute la chaîne d'appels asynchrones, sans les passer explicitement en arguments.

En substance, l'ALS crée un espace de stockage qui est automatiquement propagé à travers les opérations asynchrones initiées dans le même contexte. Cela simplifie la gestion du contexte et réduit considérablement le code répétitif nécessaire pour maintenir l'état à travers les frontières asynchrones.

Pourquoi utiliser l'Async Local Storage ?

L'ALS offre plusieurs avantages clés dans le développement JavaScript asynchrone :

• Gestion de contexte simplifiée : Évitez de passer des variables de contexte à travers de multiples appels de fonction, ce qui réduit l'encombrement du code et améliore la lisibilité.
• Débogage amélioré : Suivez facilement les données spécifiques à une requête tout au long de la pile d'appels asynchrones, facilitant le débogage et la résolution de problèmes.
• Réduction du code répétitif : Éliminez le besoin de propager manuellement le contexte, ce qui conduit à un code plus propre et plus facile à maintenir.
• Performance améliorée : La propagation du contexte est gérée automatiquement, minimisant la surcharge de performance associée au passage manuel du contexte.
• Accès centralisé au contexte : Fournit un emplacement unique et bien défini pour accéder aux données du contexte, simplifiant l'accès et la modification.

Cas d'utilisation de l'Async Local Storage

L'ALS est particulièrement utile dans les scénarios où vous devez suivre des données spécifiques à une requête à travers des opérations asynchrones. Voici quelques cas d'utilisation courants :

1. Suivi des requêtes dans les serveurs web

Dans un serveur web, chaque requête entrante peut être traitée comme un contexte asynchrone distinct. L'ALS peut être utilisé pour stocker des informations spécifiques à la requête, telles que l'ID de la requête, l'ID de l'utilisateur, le jeton d'authentification et d'autres données pertinentes. Cela vous permet d'accéder facilement à ces informations depuis n'importe quelle partie de votre application qui gère la requête, y compris les middlewares, les contrôleurs et les requêtes de base de données.

Exemple (Node.js avec Express) :

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

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

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    console.log(`Requête ${requestId} démarrée`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Traitement de la requête ${requestId}`);
  res.send(`Bonjour, ID de la requête : ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Serveur en écoute sur le port 3000');
});

Dans cet exemple, chaque requête entrante se voit attribuer un ID de requête unique, qui est stocké dans l'Async Local Storage. Cet ID peut ensuite être accédé depuis n'importe quelle partie du gestionnaire de requêtes, vous permettant de suivre la requête tout au long de son cycle de vie.

2. Gestion des sessions utilisateur

L'ALS peut également être utilisé pour gérer les sessions utilisateur. Lorsqu'un utilisateur se connecte, vous pouvez stocker les données de sa session (par exemple, ID utilisateur, rôles, permissions) dans l'ALS. Cela vous permet d'accéder facilement aux données de la session de l'utilisateur depuis n'importe quelle partie de votre application qui en a besoin, sans avoir à les passer en arguments.

Exemple :

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Simuler l'authentification
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('Utilisateur authentifié, session stockée dans l\'ALS');
      return true;
    });
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

function getUserSession() {
  return asyncLocalStorage.getStore() ? asyncLocalStorage.getStore().get('userSession') : null;
}

function someAsyncOperation() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const userSession = getUserSession();
      if (userSession) {
        console.log(`Opération asynchrone : ID utilisateur : ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Opération asynchrone : Aucune session utilisateur trouvée');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

async function main() {
  if (authenticateUser('user', 'password')) {
    await someAsyncOperation();
  } else {
    console.log('Échec de l\'authentification');
  }
}

main();

Dans cet exemple, après une authentification réussie, la session de l'utilisateur est stockée dans l'ALS. La fonction `someAsyncOperation` peut alors accéder à ces données de session sans qu'il soit nécessaire de les passer explicitement en argument.

3. Gestion des transactions

Dans les transactions de base de données, l'ALS peut être utilisé pour stocker l'objet de transaction. Cela vous permet d'accéder à l'objet de transaction depuis n'importe quelle partie de votre application qui participe à la transaction, garantissant que toutes les opérations sont effectuées dans le même périmètre de transaction.

4. Journalisation et audit

L'ALS peut être utilisé pour stocker des informations spécifiques au contexte à des fins de journalisation et d'audit. Par exemple, vous pouvez stocker l'ID de l'utilisateur, l'ID de la requête et l'horodatage dans l'ALS, puis inclure ces informations dans vos messages de log. Cela facilite le suivi de l'activité des utilisateurs et l'identification des problèmes de sécurité potentiels.

Comment utiliser l'Async Local Storage

L'utilisation de l'Async Local Storage se déroule en trois étapes principales :

1. Créer une instance d'AsyncLocalStorage : Créez une instance de la classe `AsyncLocalStorage`.
2. Exécuter du code dans un contexte : Utilisez la méthode `run()` pour exécuter du code dans un contexte spécifique. La méthode `run()` prend deux arguments : un magasin (généralement une Map ou un objet) et une fonction de rappel. Le magasin sera disponible pour toutes les opérations asynchrones initiées au sein de la fonction de rappel.
3. Accéder au magasin : Utilisez la méthode `getStore()` pour accéder au magasin depuis le contexte asynchrone.

Exemple :

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const value = asyncLocalStorage.getStore().get('myKey');
      console.log('Valeur depuis l\'ALS :', value);
      resolve();
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('myKey', 'Bonjour depuis l\'ALS !');
    await doSomethingAsync();
  });
}

main();

API AsyncLocalStorage

La classe `AsyncLocalStorage` fournit les méthodes suivantes :

• constructor() : Crée une nouvelle instance d'AsyncLocalStorage.
• run(store, callback, ...args) : Exécute la fonction de rappel fournie dans un contexte où le magasin donné est disponible. Le magasin est généralement une `Map` ou un objet JavaScript simple. Toutes les opérations asynchrones initiées dans la fonction de rappel hériteront de ce contexte. Des arguments supplémentaires peuvent être passés à la fonction de rappel.
• getStore() : Retourne le magasin actuel pour le contexte asynchrone en cours. Retourne `undefined` si aucun magasin n'est associé au contexte actuel.
• disable() : Désactive l'instance d'AsyncLocalStorage. Une fois désactivée, `run()` et `getStore()` ne fonctionneront plus.

Considérations et bonnes pratiques

Bien que l'ALS soit un outil puissant, il est important de l'utiliser judicieusement. Voici quelques considérations et bonnes pratiques :

• Éviter la surutilisation : N'utilisez pas l'ALS pour tout. Utilisez-le uniquement lorsque vous avez besoin de suivre le contexte à travers des frontières asynchrones. Envisagez des solutions plus simples comme des variables régulières si le contexte n'a pas besoin d'être propagé à travers les appels asynchrones.
• Performance : Bien que l'ALS soit généralement efficace, une utilisation excessive peut avoir un impact sur les performances. Mesurez et optimisez votre code si nécessaire. Soyez attentif à la taille du magasin que vous placez dans l'ALS. De grands objets peuvent impacter les performances, surtout si de nombreuses opérations asynchrones sont initiées.
• Gestion du contexte : Assurez-vous de gérer correctement le cycle de vie du magasin. Créez un nouveau magasin pour chaque requête ou session, et nettoyez-le lorsqu'il n'est plus nécessaire. Bien que l'ALS aide à gérer la portée, les données *à l'intérieur* du magasin nécessitent toujours une gestion et un ramasse-miettes appropriés.
• Gestion des erreurs : Soyez attentif à la gestion des erreurs. Si une erreur se produit dans une opération asynchrone, le contexte peut être perdu. Envisagez d'utiliser des blocs try-catch pour gérer les erreurs et vous assurer que le contexte est correctement maintenu.
• Débogage : Le débogage d'applications basées sur l'ALS peut être difficile. Utilisez des outils de débogage et la journalisation pour suivre le flux d'exécution et identifier les problèmes potentiels.
• Compatibilité : L'ALS est disponible dans Node.js à partir de la version 14.5.0. Assurez-vous que votre environnement prend en charge l'ALS avant de l'utiliser. Pour les anciennes versions de Node.js, envisagez d'utiliser des solutions alternatives comme le continuation-local storage (CLS), bien que celles-ci puissent avoir des caractéristiques de performance et des API différentes.

Alternatives à l'Async Local Storage

Avant l'introduction de l'ALS, les développeurs s'appuyaient souvent sur d'autres techniques pour gérer le contexte en JavaScript asynchrone. Voici quelques alternatives courantes :

• Passage explicite du contexte : Passer des variables de contexte en tant qu'arguments à chaque fonction de la chaîne d'appels. Cette approche est simple mais peut devenir fastidieuse et sujette aux erreurs dans les applications complexes. Elle rend également la refactorisation plus difficile, car la modification des données de contexte nécessite de modifier la signature de nombreuses fonctions.
• Continuation-Local Storage (CLS) : Le CLS offre une fonctionnalité similaire à l'ALS, mais il est basé sur un mécanisme différent. Le CLS utilise le monkey-patching pour intercepter les opérations asynchrones et propager le contexte. Cette approche peut être plus complexe et peut avoir des implications sur les performances.
• Bibliothèques et frameworks : Certaines bibliothèques et certains frameworks fournissent leurs propres mécanismes de gestion de contexte. Par exemple, Express.js fournit des middlewares pour gérer les données spécifiques à une requête.

Bien que ces alternatives puissent être utiles dans certaines situations, l'ALS offre une solution plus élégante et efficace pour gérer le contexte en JavaScript asynchrone.

Conclusion

L'Async Local Storage (ALS) est un outil puissant pour gérer le contexte dans les applications JavaScript asynchrones. En fournissant un moyen de stocker des données locales à une opération asynchrone spécifique, l'ALS simplifie la gestion du contexte, améliore le débogage et réduit le code répétitif. Que vous construisiez un serveur web, gériez des sessions utilisateur ou traitiez des transactions de base de données, l'ALS peut vous aider à écrire un code plus propre, plus maintenable et plus efficace.

La programmation asynchrone ne fait que se généraliser en JavaScript, rendant la compréhension d'outils comme l'ALS de plus en plus cruciale. En comprenant son utilisation correcte et ses limites, les développeurs peuvent créer des applications plus robustes et gérables, capables de s'adapter et de répondre aux divers besoins des utilisateurs à l'échelle mondiale. Expérimentez avec l'ALS dans vos projets et découvrez comment il peut simplifier vos flux de travail asynchrones et améliorer l'architecture globale de votre application.

Ressources supplémentaires

• Documentation Node.js AsyncLocalStorage
• Paquet npm async-local-storage (pour les anciennes versions de Node.js)
• Async Local Storage in Node.js - YouTube