Async Context ב-JavaScript: משתנים בהיקף בקשה (Request Scoped) עבור יישומים גלובליים

בנוף המתפתח תמיד של פיתוח ווב, בניית יישומים חזקים וסקיילביליים, במיוחד כאלה הפונים לקהל גלובלי, דורשת הבנה עמוקה של תכנות אסינכרוני וניהול קונטקסט. פוסט בלוג זה צולל לעולם המרתק של Async Context ב-JavaScript, טכניקה רבת עוצמה לטיפול במשתנים בהיקף בקשה ולשיפור משמעותי של הביצועים, יכולת התחזוקה והיכולת לאתר באגים ביישומים שלכם, במיוחד בהקשר של מיקרו-שירותים ומערכות מבוזרות.

הבנת האתגר: פעולות אסינכרוניות ואובדן קונטקסט

יישומי ווב מודרניים בנויים על פעולות אסינכרוניות. החל מטיפול בבקשות משתמשים ועד לאינטראקציה עם מסדי נתונים, קריאה ל-APIs וביצוע משימות רקע, הטבע האסינכרוני של JavaScript הוא יסודי. עם זאת, אסינכרוניות זו מציבה אתגר משמעותי: אובדן קונטקסט. כאשר בקשה מעובדת, נתונים הקשורים לאותה בקשה (למשל, מזהה משתמש, מידע סשן, מזהי קורלציה למעקב) צריכים להיות נגישים לאורך כל מחזור החיים של העיבוד, גם על פני קריאות פונקציה אסינכרוניות מרובות.

שקלו תרחיש שבו משתמש, נניח מטוקיו (יפן), שולח בקשה לפלטפורמת מסחר אלקטרוני גלובלית. הבקשה מפעילה סדרה של פעולות: אימות, הרשאה, שליפת נתונים ממסד הנתונים (שממוקם, אולי, באירלנד), עיבוד הזמנה, ולבסוף, שליחת אימייל אישור. ללא ניהול קונטקסט הולם, מידע חיוני כמו המיקום של המשתמש (לעיצוב מטבע ושפה), כתובת ה-IP המקורית של הבקשה (לאבטחה), ומזהה ייחודי למעקב אחר הבקשה בכל השירותים הללו יאבד ככל שהפעולות האסינכרוניות יתפתחו.

באופן מסורתי, מפתחים הסתמכו על פתרונות עוקפים כגון העברת משתני קונטקסט באופן ידני דרך פרמטרים של פונקציות או שימוש במשתנים גלובליים. עם זאת, גישות אלו הן לרוב מסורבלות, מועדות לשגיאות, ויכולות להוביל לקוד שקשה לקרוא ולתחזק. העברת קונטקסט ידנית יכולה להפוך במהירות לבלתי ניתנת לניהול ככל שמספר הפעולות האסינכרוניות והקריאות המקוננות לפונקציות גדל. משתנים גלובליים, מאידך, יכולים להכניס תופעות לוואי לא רצויות ולהקשות על הבנת מצב היישום, במיוחד בסביבות מרובות תהליכונים או עם מיקרו-שירותים.

היכרות עם Async Context: פתרון רב עוצמה

Async Context ב-JavaScript מספק פתרון נקי ואלגנטי יותר לבעיית הפצת הקונטקסט. הוא מאפשר לכם לשייך נתונים (קונטקסט) לפעולה אסינכרונית ומבטיח שנתונים אלו יהיו זמינים באופן אוטומטי לאורך כל שרשרת הביצוע, ללא קשר למספר הקריאות האסינכרוניות או לרמת הקינון. קונטקסט זה הוא בהיקף בקשה, כלומר הקונטקסט המשויך לבקשה אחת מבודד מבקשות אחרות, מה שמבטיח שלמות נתונים ומונע זיהום צולב.

יתרונות מרכזיים של שימוש ב-Async Context:

• קריאות קוד משופרת: מפחית את הצורך בהעברת קונטקסט ידנית, מה שמוביל לקוד נקי ותמציתי יותר.
• יכולת תחזוקה משופרת: מקל על מעקב וניהול נתוני קונטקסט, ומפשט את תהליכי הדיבאגינג והתחזוקה.
• טיפול פשוט יותר בשגיאות: מאפשר טיפול מרכזי בשגיאות על ידי מתן גישה למידע קונטקסט בזמן דיווח על שגיאות.
• ביצועים משופרים: מייעל את ניצול המשאבים על ידי הבטחה שנתוני הקונטקסט הנכונים זמינים בעת הצורך.
• אבטחה משופרת: מקל על פעולות מאובטחות על ידי מעקב קל אחר מידע רגיש, כגון מזהי משתמשים וטוקני אימות, בכל הקריאות האסינכרוניות.

יישום Async Context ב-Node.js (ומעבר לו)

בעוד שלשפת JavaScript עצמה אין תכונה מובנית של Async Context, צצו מספר ספריות וטכניקות כדי לספק פונקציונליות זו, במיוחד בסביבת Node.js. בואו נבחן כמה גישות נפוצות:

1. מודול `async_hooks` (ליבת Node.js)

Node.js מספק מודול מובנה בשם `async_hooks` המציע APIs ברמה נמוכה למעקב אחר משאבים אסינכרוניים. הוא מאפשר לכם לעקוב אחר מחזור החיים של פעולות אסינכרוניות ולהתחבר לאירועים שונים כמו יצירה, לפני ביצוע, ואחרי ביצוע. למרות עוצמתו, מודול `async_hooks` דורש יותר מאמץ ידני ליישום הפצת קונטקסט ובדרך כלל משמש כאבן בניין לספריות ברמה גבוהה יותר.

            const async_hooks = require('async_hooks');

const context = new Map();

let executionAsyncId = 0;

const init = (asyncId, type, triggerAsyncId, resource) => {
  context.set(asyncId, {}); // Initialize a context object for each async operation
};

const before = (asyncId) => {
  executionAsyncId = asyncId;
};

const after = (asyncId) => {
  executionAsyncId = 0; // Clear the current execution asyncId
};

const destroy = (asyncId) => {
  context.delete(asyncId); // Remove context when the async operation completes
};

const asyncHook = async_hooks.createHook({
  init,
  before,
  after,
  destroy,
});

asyncHook.enable();

function getContext() {
  return context.get(executionAsyncId) || {};
}

function setContext(data) {
  const currentContext = getContext();
  context.set(executionAsyncId, { ...currentContext, ...data });
}

async function doSomethingAsync() {
  const contextData = getContext();
  console.log('Inside doSomethingAsync context:', contextData);
  // ... asynchronous operation ...
}

async function main() {
  // Simulate a request
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  setContext({ requestId });
  console.log('Outside doSomethingAsync context:', getContext());
  await doSomethingAsync();
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

הסבר:

• `async_hooks.createHook()`: יוצר hook המיירט את אירועי מחזור החיים של משאבים אסינכרוניים.
• `init`: נקרא כאשר משאב אסינכרוני חדש נוצר. אנו משתמשים בו כדי לאתחל אובייקט קונטקסט עבור המשאב.
• `before`: נקרא רגע לפני שה-callback של משאב אסינכרוני מופעל. אנו משתמשים בו כדי לעדכן את קונטקסט הביצוע.
• `after`: נקרא לאחר שה-callback הסתיים.
• `destroy`: נקרא כאשר משאב אסינכרוני נהרס. אנו מסירים את הקונטקסט המשויך אליו.
• `getContext()` ו-`setContext()`: פונקציות עזר לקריאה וכתיבה למאגר הקונטקסט.

אף על פי שדוגמה זו מדגימה את עקרונות הליבה, לעתים קרובות קל ובר-תחזוקה יותר להשתמש בספרייה ייעודית.

2. שימוש בספריות `cls-hooked` או `continuation-local-storage`

לגישה יעילה יותר, ספריות כמו `cls-hooked` (או קודמתה `continuation-local-storage`, שעליה `cls-hooked` מתבססת) מספקות הפשטות ברמה גבוהה יותר מעל `async_hooks`. ספריות אלו מפשטות את תהליך יצירת וניהול הקונטקסט. הן בדרך כלל משתמשות ב"מאגר" (לרוב `Map` או מבנה נתונים דומה) כדי להחזיק נתוני קונטקסט, והן מפיצות באופן אוטומטי את הקונטקסט על פני פעולות אסינכרוניות.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function middleware(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // The rest of the request handling logic...
    console.log('Middleware Context:', asyncLocalStorage.getStore());
    next();
  });
}

async function doSomethingAsync() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  console.log('Inside doSomethingAsync:', store);
  // ... asynchronous operation ...
}

async function routeHandler(req, res) {
  console.log('Route Handler Context:', asyncLocalStorage.getStore());
  await doSomethingAsync();
  res.send('Request processed');
}

// Simulate a request
const request = { /*...*/ };
const response = { send: (message) => console.log('Response:', message) };

middleware(request, response, () => {
  routeHandler(request, response);
});

            

              
                Copy
              
            
          

הסבר:

• `AsyncLocalStorage`: מחלקת ליבה זו מ-Node.js משמשת ליצירת מופע לניהול קונטקסט אסינכרוני.
• `asyncLocalStorage.run(context, callback)`: מתודה זו משמשת להגדרת הקונטקסט עבור פונקציית ה-callback שסופקה. היא מפיצה באופן אוטומטי את הקונטקסט לכל פעולה אסינכרונית המבוצעת בתוך ה-callback.
• `asyncLocalStorage.getStore()`: מתודה זו משמשת לגישה לקונטקסט הנוכחי בתוך פעולה אסינכרונית. היא שולפת את הקונטקסט שהוגדר על ידי `asyncLocalStorage.run()`.

השימוש ב-`AsyncLocalStorage` מפשט את ניהול הקונטקסט. הוא מטפל באופן אוטומטי בהפצת נתוני קונטקסט על פני גבולות אסינכרוניים, ובכך מפחית את קוד ה-boilerplate.

3. הפצת קונטקסט בפריימוורקים

פריימוורקים מודרניים רבים, כגון NestJS, Express, Koa ואחרים, מספקים תמיכה מובנית או תבניות מומלצות ליישום Async Context במבנה היישום שלהם. פריימוורקים אלו לעיתים קרובות משתלבים עם ספריות כמו `cls-hooked` או מספקים מנגנוני ניהול קונטקסט משלהם. בחירת הפריימוורק מכתיבה לעתים קרובות את הדרך המתאימה ביותר לטפל במשתנים בהיקף בקשה, אך העקרונות הבסיסיים נשארים זהים.

לדוגמה, ב-NestJS, ניתן למנף את היקף `REQUEST` ואת מודול `AsyncLocalStorage` כדי לנהל את קונטקסט הבקשה. זה מאפשר לכם לגשת לנתונים ספציפיים לבקשה בתוך שירותים ובקרים, מה שמקל על הטיפול באימות, לוגינג ופעולות אחרות הקשורות לבקשה.

דוגמאות מעשיות ומקרי שימוש

בואו נבחן כיצד ניתן ליישם Async Context בכמה תרחישים מעשיים בתוך יישומים גלובליים:

1. לוגינג ומעקב (Tracing)

דמיינו מערכת מבוזרת עם מיקרו-שירותים הפרוסים באזורים שונים (למשל, שירות בסינגפור למשתמשים אסייתיים, שירות בברזיל למשתמשים דרום אמריקאים, ושירות בגרמניה למשתמשים אירופאים). כל שירות מטפל בחלק מעיבוד הבקשה הכולל. באמצעות Async Context, ניתן ליצור ולהפיץ בקלות מזהה קורלציה ייחודי לכל בקשה כשהיא זורמת דרך המערכת. ניתן להוסיף מזהה זה להצהרות לוג, מה שמאפשר לכם לעקוב אחר מסע הבקשה על פני שירותים מרובים, אפילו מעבר לגבולות גיאוגרפיים.

            
// Pseudo-code example (Illustrative)
const correlationId = generateCorrelationId();
asyncLocalStorage.run({ correlationId }, async () => {
  // Service 1
  log('Service 1: Request received', { correlationId });
  await callService2();
});

async function callService2() {
  // Service 2
  log('Service 2: Processing request', { correlationId: asyncLocalStorage.getStore().correlationId });
  // ... Call a database, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

גישה זו מאפשרת דיבאגינג, ניתוח ביצועים וניטור יעילים ואפקטיביים של היישום שלכם במיקומים גיאוגרפיים שונים. שקלו להשתמש בלוגינג מובנה (למשל, פורמט JSON) כדי להקל על ניתוח ושאילתות על פני פלטפורמות לוגינג שונות (למשל, ELK Stack, Splunk).

2. אימות והרשאה

בפלטפורמת מסחר אלקטרוני גלובלית, למשתמשים ממדינות שונות עשויות להיות רמות הרשאה שונות. באמצעות Async Context, ניתן לאחסן מידע אימות משתמש (למשל, מזהה משתמש, תפקידים, הרשאות) בתוך הקונטקסט. מידע זה הופך זמין בקלות לכל חלקי היישום במהלך מחזור החיים של הבקשה. גישה זו מבטלת את הצורך להעביר שוב ושוב מידע אימות משתמש דרך קריאות לפונקציות או לבצע שאילתות מרובות למסד הנתונים עבור אותו משתמש. גישה זו מועילה במיוחד אם הפלטפורמה שלכם תומכת ב-Single Sign-On (SSO) עם ספקי זהות ממדינות שונות, כמו יפן, אוסטרליה או קנדה, ומבטיחה חוויה חלקה ומאובטחת למשתמשים ברחבי העולם.

            
// Pseudo-code
// Middleware
async function authenticateUser(req, res, next) {
  const user = await authenticate(req.headers.authorization); // Assume auth logic
  asyncLocalStorage.run({ user }, () => {
    next();
  });
}

// Inside a route handler
function getUserData() {
  const user = asyncLocalStorage.getStore().user;
  // Access user information, e.g., user.roles, user.country, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. לוקליזציה ובינאום (i18n)

יישום גלובלי צריך להתאים את עצמו להעדפות המשתמש, כולל שפה, מטבע ופורמטי תאריך/שעה. על ידי מינוף Async Context, ניתן לאחסן את הגדרות המיקום והגדרות משתמש אחרות בתוך הקונטקסט. נתונים אלו מופצים אוטומטית לכל רכיבי היישום, ומאפשרים רינדור תוכן דינמי, המרות מטבע ועיצוב תאריך/שעה בהתבסס על מיקום המשתמש או השפה המועדפת עליו. זה מקל על בניית יישומים עבור הקהילה הבינלאומית, למשל, מארגנטינה ועד וייטנאם.

            
// Pseudo-code
// Middleware
async function setLocale(req, res, next) {
  const userLocale = req.headers['accept-language'] || 'en-US';
  asyncLocalStorage.run({ locale: userLocale }, () => {
    next();
  });
}

// Inside a component
function formatPrice(price, currency) {
  const locale = asyncLocalStorage.getStore().locale;
  // Use a localization library (e.g., Intl) to format the price
  const formattedPrice = new Intl.NumberFormat(locale, { style: 'currency', currency }).format(price);
  return formattedPrice;
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. טיפול ודיווח על שגיאות

כאשר מתרחשות שגיאות ביישום מורכב וגלובלי, חיוני ללכוד מספיק קונטקסט כדי לאבחן ולפתור את הבעיה במהירות. באמצעות Async Context, ניתן להעשיר את יומני השגיאות במידע ספציפי לבקשה, כגון מזהי משתמשים, מזהי קורלציה, או אפילו מיקום המשתמש. זה מקל על זיהוי שורש השגיאה ועל איתור הבקשות הספציפיות שהושפעו. אם היישום שלכם משתמש בשירותי צד שלישי שונים, כמו שערי תשלום המבוססים בסינגפור או אחסון ענן באוסטרליה, פרטי קונטקסט אלה הופכים לחיוניים במהלך פתרון בעיות.

            
// Pseudo-code
try {
  // ... some operation ...
} catch (error) {
  const contextData = asyncLocalStorage.getStore();
  logError(error, { ...contextData }); // Include context information in the error log
  // ... handle the error ...
}

            

              
                Copy
              
            
          

שיטות עבודה מומלצות ושיקולים

אף ש-Async Context מציע יתרונות רבים, חיוני לפעול לפי שיטות עבודה מומלצות כדי להבטיח את יישומו היעיל והבר-תחזוקה:

• השתמשו בספרייה ייעודית: מנפו ספריות כמו `cls-hooked` או תכונות ניהול קונטקסט ספציפיות לפריימוורק כדי לפשט ולייעל את הפצת הקונטקסט.
• היו מודעים לשימוש בזיכרון: אובייקטי קונטקסט גדולים יכולים לצרוך זיכרון. אחסנו רק את הנתונים הנחוצים לבקשה הנוכחית.
• נקו קונטקסטים בסוף הבקשה: ודאו שהקונטקסטים מתנקים כראוי לאחר השלמת הבקשה. זה מונע דליפת נתוני קונטקסט לבקשות עוקבות.
• שקלו טיפול בשגיאות: ישמו טיפול חזק בשגיאות כדי למנוע חריגות לא מטופלות מלשבש את הפצת הקונטקסט.
• בדקו ביסודיות: כתבו בדיקות מקיפות כדי לוודא שנתוני הקונטקסט מופצים כראוי בכל הפעולות האסינכרוניות ובכל התרחישים. שקלו לבדוק עם משתמשים באזורי זמן גלובליים (למשל, בדיקה בשעות שונות של היום עם משתמשים בלונדון, בייג'ינג או ניו יורק).
• תיעוד: תעדו בבירור את אסטרטגיית ניהול הקונטקסט שלכם כדי שמפתחים יוכלו להבין אותה ולעבוד איתה ביעילות. כללו תיעוד זה עם שאר בסיס הקוד.
• הימנעו משימוש יתר: השתמשו ב-Async Context בתבונה. אל תאחסנו בקונטקסט נתונים שכבר זמינים כפרמטרים של פונקציות או שאינם רלוונטיים לבקשה הנוכחית.
• שיקולי ביצועים: בעוד ש-Async Context עצמו בדרך כלל אינו מכניס תקורה משמעותית בביצועים, הפעולות שאתם מבצעים עם הנתונים בתוך הקונטקסט יכולות להשפיע על הביצועים. מטבו את הגישה לנתונים ומזערו חישובים מיותרים.
• שיקולי אבטחה: לעולם אל תאחסנו נתונים רגישים (למשל, סיסמאות) ישירות בקונטקסט. טפלו ואבטחו את המידע שבו אתם משתמשים בקונטקסט, וודאו שאתם עומדים בשיטות האבטחה המומלצות בכל עת.

סיכום: העצמת פיתוח יישומים גלובליים

Async Context ב-JavaScript מספק פתרון רב עוצמה ואלגנטי לניהול משתנים בהיקף בקשה ביישומי ווב מודרניים. על ידי אימוץ טכניקה זו, מפתחים יכולים לבנות יישומים חזקים, ברי-תחזוקה ובעלי ביצועים טובים יותר, במיוחד כאלה המיועדים לקהל גלובלי. החל מייעול לוגינג ומעקב ועד להקלה על אימות ולוקליזציה, Async Context פותח יתרונות רבים שיאפשרו לכם ליצור יישומים סקיילביליים וידידותיים למשתמש באמת עבור משתמשים בינלאומיים, וליצור השפעה חיובית על המשתמשים הגלובליים והעסק שלכם.

על ידי הבנת העקרונות, בחירת הכלים הנכונים (כגון `async_hooks` או ספריות כמו `cls-hooked`), והקפדה על שיטות עבודה מומלצות, תוכלו לרתום את העוצמה של Async Context כדי לשדרג את זרימת העבודה של הפיתוח שלכם וליצור חוויות משתמש יוצאות דופן עבור בסיס משתמשים מגוון וגלובלי. בין אם אתם בונים ארכיטקטורת מיקרו-שירותים, פלטפורמת מסחר אלקטרוני רחבת היקף, או API פשוט, הבנה ושימוש יעיל ב-Async Context הם חיוניים להצלחה בעולם הפיתוח המשתנה במהירות של היום.