JavaScript asinkroni kontekst: Ovladavanje upravljanjem varijablama u opsegu zahtjeva

Asinkrono programiranje kamen je temeljac modernog razvoja u JavaScriptu, osobito u okruženjima poput Node.js-a. Međutim, upravljanje kontekstom i varijablama u opsegu zahtjeva kroz asinkrone operacije može biti izazovno. Tradicionalni pristupi često dovode do složenog koda i potencijalnog oštećenja podataka. Ovaj članak istražuje mogućnosti asinkronog konteksta u JavaScriptu, s posebnim naglaskom na AsyncLocalStorage, te kako on pojednostavljuje upravljanje varijablama u opsegu zahtjeva za izgradnju robusnih i skalabilnih aplikacija.

Razumijevanje izazova asinkronog konteksta

U sinkronom programiranju, upravljanje varijablama unutar opsega funkcije je jednostavno. Svaka funkcija ima vlastiti izvršni kontekst, a varijable deklarirane unutar tog konteksta su izolirane. Međutim, asinkrone operacije unose složenost jer se ne izvršavaju linearno. Povratni pozivi (callbacks), obećanja (promises) i async/await uvode nove izvršne kontekste koji mogu otežati održavanje i pristup varijablama vezanim uz određeni zahtjev ili operaciju.

Razmotrite scenarij u kojem trebate pratiti jedinstveni ID zahtjeva tijekom cijelog izvršavanja rukovatelja zahtjevom (request handler). Bez odgovarajućeg mehanizma, mogli biste pribjeći prosljeđivanju ID-a zahtjeva kao argumenta svakoj funkciji uključenoj u obradu zahtjeva. Ovaj pristup je nezgrapan, sklon pogreškama i čvrsto povezuje vaš kod.

Problem propagacije konteksta

• Zagušenost koda: Prosljeđivanje varijabli konteksta kroz višestruke pozive funkcija značajno povećava složenost koda i smanjuje čitljivost.
• Čvrsta povezanost: Funkcije postaju ovisne o specifičnim varijablama konteksta, što ih čini manje ponovno iskoristivima i težima za testiranje.
• Sklonost pogreškama: Zaboravljanje prosljeđivanja varijable konteksta ili prosljeđivanje pogrešne vrijednosti može dovesti do nepredvidivog ponašanja i problema koje je teško otkloniti.
• Troškovi održavanja: Promjene u varijablama konteksta zahtijevaju izmjene na više dijelova koda.

Ovi izazovi ističu potrebu za elegantnijim i robusnijim rješenjem za upravljanje varijablama u opsegu zahtjeva u asinkronim JavaScript okruženjima.

Predstavljamo AsyncLocalStorage: Rješenje za asinkroni kontekst

AsyncLocalStorage, predstavljen u Node.js v14.5.0, pruža mehanizam za pohranu podataka tijekom životnog vijeka asinkrone operacije. U suštini, on stvara kontekst koji je postojan preko asinkronih granica, omogućujući vam pristup i izmjenu varijabli specifičnih za određeni zahtjev ili operaciju bez njihovog eksplicitnog prosljeđivanja.

AsyncLocalStorage djeluje na temelju pojedinačnog izvršnog konteksta. Svaka asinkrona operacija (npr. rukovatelj zahtjevom) dobiva vlastitu izoliranu pohranu. To osigurava da podaci povezani s jednim zahtjevom ne procure slučajno u drugi, čime se održava integritet i izolacija podataka.

Kako radi AsyncLocalStorage

Klasa AsyncLocalStorage pruža sljedeće ključne metode:

• getStore(): Vraća trenutnu pohranu (store) povezanu s trenutnim izvršnim kontekstom. Ako pohrana ne postoji, vraća undefined.
• run(store, callback, ...args): Izvršava pruženi callback unutar novog asinkronog konteksta. Argument store inicijalizira pohranu konteksta. Sve asinkrone operacije pokrenute povratnim pozivom imat će pristup ovoj pohrani.
• enterWith(store): Ulazi u kontekst pružene pohrane store. Ovo je korisno kada trebate eksplicitno postaviti kontekst za određeni blok koda.
• disable(): Onemogućuje instancu AsyncLocalStorage. Pristup pohrani nakon onemogućavanja rezultirat će pogreškom.

Sama pohrana (store) je jednostavan JavaScript objekt (ili bilo koji tip podataka koji odaberete) koji sadrži varijable konteksta kojima želite upravljati. Možete pohraniti ID-jeve zahtjeva, korisničke informacije ili bilo koje druge podatke relevantne za trenutnu operaciju.

Praktični primjeri primjene AsyncLocalStorage

Ilustrirajmo upotrebu AsyncLocalStorage s nekoliko praktičnih primjera.

Primjer 1: Praćenje ID-a zahtjeva na web poslužitelju

Razmotrimo Node.js web poslužitelj koji koristi Express.js. Želimo automatski generirati i pratiti jedinstveni ID zahtjeva za svaki dolazni zahtjev. Taj ID se može koristiti za logiranje, praćenje i otklanjanje pogrešaka.

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(`Request received with ID: ${requestId}`);
    next();
  });
});

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

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

U ovom primjeru:

• Stvaramo instancu AsyncLocalStorage.
• Koristimo Express middleware za presretanje svakog dolaznog zahtjeva.
• Unutar middlewarea, generiramo jedinstveni ID zahtjeva koristeći uuidv4().
• Pozivamo asyncLocalStorage.run() kako bismo stvorili novi asinkroni kontekst. Inicijaliziramo pohranu s Map objektom, koji će sadržavati naše varijable konteksta.
• Unutar run() povratnog poziva, postavljamo requestId u pohranu koristeći asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId).
• Zatim pozivamo next() kako bismo predali kontrolu sljedećem middlewareu ili rukovatelju rute.
• U rukovatelju rute (app.get('/')), dohvaćamo requestId iz pohrane koristeći asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

Sada, bez obzira na to koliko je asinkronih operacija pokrenuto unutar rukovatelja zahtjevom, uvijek možete pristupiti ID-u zahtjeva koristeći asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

Primjer 2: Autentifikacija i autorizacija korisnika

Drugi čest slučaj upotrebe je upravljanje informacijama o autentifikaciji i autorizaciji korisnika. Pretpostavimo da imate middleware koji autentificira korisnika i dohvaća njegov korisnički ID. Korisnički ID možete pohraniti u AsyncLocalStorage tako da bude dostupan kasnijim middlewareima i rukovateljima ruta.

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

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

// Middleware za autentifikaciju (Primjer)
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Simulacija autentifikacije korisnika (zamijenite svojom stvarnom logikom)
  const userId = req.headers['x-user-id'] || 'guest'; // Dohvati ID korisnika iz zaglavlja

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    console.log(`User authenticated with ID: ${userId}`);
    next();
  });
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/profile', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`Accessing profile for user ID: ${userId}`);
  res.send(`Profile for User ID: ${userId}`);
});

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

U ovom primjeru, authenticateUser middleware dohvaća korisnički ID (ovdje simulirano čitanjem zaglavlja) i pohranjuje ga u AsyncLocalStorage. Rukovatelj rute /profile zatim može pristupiti korisničkom ID-u bez da ga mora primiti kao eksplicitni parametar.

Primjer 3: Upravljanje transakcijama baze podataka

U scenarijima koji uključuju transakcije baze podataka, AsyncLocalStorage se može koristiti za upravljanje kontekstom transakcije. Možete pohraniti vezu s bazom podataka ili transakcijski objekt u AsyncLocalStorage, osiguravajući da sve operacije s bazom podataka unutar određenog zahtjeva koriste istu transakciju.

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

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

// Simulacija veze s bazom podataka
const db = {
  query: (sql, callback) => {
    const transactionId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('transactionId') || 'No Transaction';
    console.log(`Executing SQL: ${sql} in Transaction: ${transactionId}`);
    // Simulacija izvršavanja upita na bazi podataka
    setTimeout(() => {
      callback(null, { success: true });
    }, 50);
  },
};

// Middleware za pokretanje transakcije
const startTransaction = (req, res, next) => {
  const transactionId = Math.random().toString(36).substring(2, 15); // Generiraj nasumični ID transakcije

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('transactionId', transactionId);
    console.log(`Starting transaction: ${transactionId}`);
    next();
  });
};

app.use(startTransaction);

app.get('/data', (req, res) => {
  db.query('SELECT * FROM data', (err, result) => {
    if (err) {
      return res.status(500).send('Error querying data');
    }
    res.send('Data retrieved successfully');
  });
});

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

U ovom pojednostavljenom primjeru:

• startTransaction middleware generira ID transakcije i pohranjuje ga u AsyncLocalStorage.
• Simulirana funkcija db.query dohvaća ID transakcije iz pohrane i logira ga, demonstrirajući da je kontekst transakcije dostupan unutar asinkrone operacije s bazom podataka.

Napredna upotreba i razmatranja

Middleware i propagacija konteksta

AsyncLocalStorage je posebno koristan u lancima middlewarea. Svaki middleware može pristupiti i mijenjati zajednički kontekst, omogućujući vam da s lakoćom gradite složene cjevovode obrade.

Osigurajte da su vaše middleware funkcije dizajnirane za pravilnu propagaciju konteksta. Koristite asyncLocalStorage.run() ili asyncLocalStorage.enterWith() za omotavanje asinkronih operacija i održavanje protoka konteksta.

Rukovanje pogreškama i čišćenje

Pravilno rukovanje pogreškama ključno je pri korištenju AsyncLocalStorage. Osigurajte da elegantno rukujete iznimkama i čistite sve resurse povezane s kontekstom. Razmislite o korištenju try...finally blokova kako biste osigurali da se resursi oslobode čak i ako dođe do pogreške.

Razmatranja o performansama

Iako AsyncLocalStorage pruža prikladan način za upravljanje kontekstom, važno je biti svjestan njegovih implikacija na performanse. Pretjerana upotreba AsyncLocalStorage može uvesti dodatno opterećenje, posebno u aplikacijama s visokom propusnošću. Profilirajte svoj kod kako biste identificirali potencijalna uska grla i optimizirali ga u skladu s tim.

Izbjegavajte pohranjivanje velikih količina podataka u AsyncLocalStorage. Pohranjujte samo potrebne varijable konteksta. Ako trebate pohraniti veće objekte, razmislite o pohranjivanju referenci na njih umjesto samih objekata.

Alternative za AsyncLocalStorage

Iako je AsyncLocalStorage moćan alat, postoje alternativni pristupi upravljanju asinkronim kontekstom, ovisno o vašim specifičnim potrebama i radnom okviru.

• Eksplicitno prosljeđivanje konteksta: Kao što je ranije spomenuto, eksplicitno prosljeđivanje varijabli konteksta kao argumenata funkcijama je osnovni, iako manje elegantan, pristup.
• Objekti konteksta: Stvaranje namjenskog objekta konteksta i njegovo prosljeđivanje može poboljšati čitljivost u usporedbi s prosljeđivanjem pojedinačnih varijabli.
• Rješenja specifična za radni okvir: Mnogi radni okviri pružaju vlastite mehanizme za upravljanje kontekstom. Na primjer, NestJS pruža providere s opsegom zahtjeva (request-scoped providers).

Globalna perspektiva i najbolje prakse

Kada radite s asinkronim kontekstom u globalnom kontekstu, razmotrite sljedeće:

• Vremenske zone: Budite svjesni vremenskih zona kada se bavite informacijama o datumu i vremenu u kontekstu. Pohranite informacije o vremenskoj zoni zajedno s vremenskim oznakama kako biste izbjegli dvosmislenost.
• Lokalizacija: Ako vaša aplikacija podržava više jezika, pohranite lokalne postavke korisnika u kontekst kako biste osigurali da se sadržaj prikazuje na ispravnom jeziku.
• Valuta: Ako vaša aplikacija obrađuje financijske transakcije, pohranite valutu korisnika u kontekst kako biste osigurali da se iznosi prikazuju ispravno.
• Formati podataka: Budite svjesni različitih formata podataka koji se koriste u različitim regijama. Na primjer, formati datuma i brojeva mogu se značajno razlikovati.

Zaključak

AsyncLocalStorage pruža moćno i elegantno rješenje za upravljanje varijablama u opsegu zahtjeva u asinkronim JavaScript okruženjima. Stvaranjem postojanog konteksta preko asinkronih granica, on pojednostavljuje kod, smanjuje povezanost i poboljšava održivost. Razumijevanjem njegovih mogućnosti i ograničenja, možete iskoristiti AsyncLocalStorage za izgradnju robusnih, skalabilnih i globalno svjesnih aplikacija.

Ovladavanje asinkronim kontekstom ključno je za svakog JavaScript programera koji radi s asinkronim kodom. Prihvatite AsyncLocalStorage i druge tehnike upravljanja kontekstom kako biste pisali čišće, održivije i pouzdanije aplikacije.