Propagacija Asinkronog Konteksta u JavaScriptu: Praćenje Zahtjeva i Nastavak s AsyncLocalStorage

U modernom poslužiteljskom JavaScript razvoju, posebno s Node.js-om, asinkrone operacije su sveprisutne. Upravljanje stanjem i kontekstom preko tih asinkronih granica može biti izazovno. Ovaj blog post istražuje koncept propagacije asinkronog konteksta, fokusirajući se na korištenje AsyncLocalStorage za učinkovito praćenje zahtjeva i nastavak. Ispitat ćemo njegove prednosti, ograničenja i stvarne primjene, pružajući praktične primjere kako bismo ilustrirali njegovu upotrebu.

Razumijevanje Propagacije Asinkronog Konteksta

Propagacija asinkronog konteksta odnosi se na sposobnost održavanja i širenja kontekstualnih informacija (npr. ID-ovi zahtjeva, detalji autentifikacije korisnika, korelacijski ID-ovi) preko asinkronih operacija. Bez pravilne propagacije konteksta, postaje teško pratiti zahtjeve, korelirati logove i dijagnosticirati probleme s performansama u distribuiranim sustavima.

Tradicionalni pristupi upravljanju kontekstom često se oslanjaju na eksplicitno prosljeđivanje objekata konteksta kroz pozive funkcija, što može dovesti do opširnog i pogreškama sklonog koda. AsyncLocalStorage nudi elegantnije rješenje pružajući način za pohranu i dohvaćanje podataka konteksta unutar jednog izvršnog konteksta, čak i preko asinkronih operacija.

Uvod u AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage je ugrađeni Node.js modul (dostupan od Node.js v14.5.0) koji pruža način za pohranu podataka koji su lokalni za životni vijek asinkrone operacije. U suštini, stvara prostor za pohranu koji se čuva preko await poziva, promise-a i drugih asinkronih granica. To omogućuje programerima da pristupe i mijenjaju podatke konteksta bez eksplicitnog prosljeđivanja.

Ključne značajke AsyncLocalStorage-a:

• Automatska Propagacija Konteksta: Vrijednosti pohranjene u AsyncLocalStorage automatski se propagiraju preko asinkronih operacija unutar istog izvršnog konteksta.
• Pojednostavljeni Kod: Smanjuje potrebu za eksplicitnim prosljeđivanjem objekata konteksta kroz pozive funkcija.
• Poboljšana Nadzirivost: Olakšava praćenje zahtjeva i korelaciju logova i metrika.
• Sigurnost u Višenitnom Okruženju (Thread-Safety): Pruža siguran pristup podacima konteksta unutar trenutnog izvršnog konteksta.

Slučajevi Upotrebe za AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage je vrijedan u različitim scenarijima, uključujući:

• Praćenje Zahtjeva: Dodjeljivanje jedinstvenog ID-a svakom dolaznom zahtjevu i njegovo propagiranje kroz životni ciklus zahtjeva u svrhu praćenja.
• Autentifikacija i Autorizacija: Pohranjivanje detalja o autentifikaciji korisnika (npr. ID korisnika, uloge, dozvole) za pristup zaštićenim resursima.
• Logiranje i Revizija: Dodavanje metapodataka specifičnih za zahtjev u log poruke radi boljeg otklanjanja pogrešaka i revizije.
• Praćenje Performansi: Praćenje vremena izvršenja različitih komponenti unutar zahtjeva za analizu performansi.
• Upravljanje Transakcijama: Upravljanje transakcijskim stanjem preko više asinkronih operacija (npr. transakcije baze podataka).

Praktičan Primjer: Praćenje Zahtjeva s AsyncLocalStorage

Prikažimo kako koristiti AsyncLocalStorage za praćenje zahtjeva u jednostavnoj Node.js aplikaciji. Stvorit ćemo middleware koji dodjeljuje jedinstveni ID svakom dolaznom zahtjevu i čini ga dostupnim tijekom cijelog životnog ciklusa zahtjeva.

Primjer Koda

Prvo, instalirajte potrebne pakete (ako je potrebno):

            npm install uuid express
            

              
                Copy
              
            
          

Ovdje je kod:

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

const app = express();
const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();
const port = 3000;

// Middleware to assign a request ID and store it in AsyncLocalStorage
app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    next();
  });
});

// Simulate an asynchronous operation
async function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
      console.log(`[Async] Request ID: ${requestId}`);
      resolve();
    }, 50);
  });
}

// Route handler
app.get('/', async (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`[Route] Request ID: ${requestId}`);
  await doSomethingAsync();
  res.send(`Hello World! Request ID: ${requestId}`);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`App listening at http://localhost:${port}`);
});

            

              
                Copy
              
            
          

U ovom primjeru:

1. Stvaramo instancu AsyncLocalStorage-a.
2. Definiramo middleware koji dodjeljuje jedinstveni ID svakom dolaznom zahtjevu koristeći uuid biblioteku.
3. Koristimo asyncLocalStorage.run() za izvršavanje rukovatelja zahtjevom unutar konteksta AsyncLocalStorage-a. To osigurava da su sve vrijednosti pohranjene u AsyncLocalStorage dostupne tijekom cijelog životnog ciklusa zahtjeva.
4. Unutar middleware-a, pohranjujemo ID zahtjeva u AsyncLocalStorage koristeći asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId).
5. Definiramo asinkronu funkciju doSomethingAsync() koja simulira asinkronu operaciju i dohvaća ID zahtjeva iz AsyncLocalStorage-a.
6. U rukovatelju rute (route handler), dohvaćamo ID zahtjeva iz AsyncLocalStorage-a i uključujemo ga u odgovor.

Kada pokrenete ovu aplikaciju i pošaljete zahtjev na http://localhost:3000, vidjet ćete ID zahtjeva zabilježen i u rukovatelju rute i u asinkronoj funkciji, što pokazuje da se kontekst ispravno propagira.

Objašnjenje

• AsyncLocalStorage Instanca: Stvaramo instancu AsyncLocalStorage-a koja će sadržavati naše podatke o kontekstu.
• Middleware: Middleware presreće svaki dolazni zahtjev. Generira UUID i zatim koristi asyncLocalStorage.run za izvršavanje ostatka lanca obrade zahtjeva *unutar* konteksta ove pohrane. Ovo je ključno; osigurava da sve što slijedi ima pristup pohranjenim podacima.
• asyncLocalStorage.run(new Map(), ...): Ova metoda prima dva argumenta: novi, prazan Map (možete koristiti i druge strukture podataka ako je prikladno za vaš kontekst) i povratnu (callback) funkciju. Povratna funkcija sadrži kod koji bi se trebao izvršiti unutar asinkronog konteksta. Sve asinkrone operacije pokrenute unutar ove povratne funkcije automatski će naslijediti podatke pohranjene u Map-u.
• asyncLocalStorage.getStore(): Ovo vraća Map koji je proslijeđen metodi asyncLocalStorage.run. Koristimo ga za pohranu i dohvaćanje ID-a zahtjeva. Ako run nije pozvan, ovo će vratiti undefined, zbog čega je važno pozvati run unutar middleware-a.
• Asinkrona Funkcija: Funkcija doSomethingAsync simulira asinkronu operaciju. Ključno je da, iako je asinkrona (koristi setTimeout), i dalje ima pristup ID-u zahtjeva jer se izvodi unutar konteksta uspostavljenog s asyncLocalStorage.run.

Napredna Upotreba: Kombiniranje s Bibliotekama za Logiranje

Integriranje AsyncLocalStorage-a s bibliotekama za logiranje (poput Winstona ili Pina) može značajno poboljšati nadzirivost vaših aplikacija. Ubacivanjem podataka o kontekstu (npr. ID zahtjeva, ID korisnika) u log poruke, možete jednostavno korelirati logove i pratiti zahtjeve kroz različite komponente.

Primjer s Winstonom

            // logger.js
const winston = require('winston');
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const logger = winston.createLogger({
  level: 'info',
  format: winston.format.combine(
    winston.format.timestamp(),
    winston.format.printf(({ timestamp, level, message }) => {
      const requestId = asyncLocalStorage.getStore() ? asyncLocalStorage.getStore().get('requestId') : 'N/A';
      return `${timestamp} [${level}] [${requestId}] ${message}`;
    })
  ),
  transports: [
    new winston.transports.Console()
  ]
});

module.exports = {
  logger,
  asyncLocalStorage
};

            

              
                Copy
              
            
          

            // app.js (modified)
const express = require('express');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');
const { logger, asyncLocalStorage } = require('./logger');

const app = express();
const port = 3000;

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    logger.info(`Incoming request: ${req.url}`); // Log the incoming request
    next();
  });
});

async function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      logger.info('Doing something async...');
      resolve();
    }, 50);
  });
}

app.get('/', async (req, res) => {
  logger.info('Handling request...');
  await doSomethingAsync();
  res.send('Hello World!');
});

app.listen(port, () => {
  logger.info(`App listening at http://localhost:${port}`);
});

            

              
                Copy
              
            
          

U ovom primjeru:

• Stvaramo Winston logger instancu i konfiguriramo je da uključuje ID zahtjeva iz AsyncLocalStorage-a u svaku log poruku. Ključni dio je winston.format.printf, koji dohvaća ID zahtjeva (ako je dostupan) iz AsyncLocalStorage-a. Provjeravamo postoji li asyncLocalStorage.getStore() kako bismo izbjegli greške prilikom logiranja izvan konteksta zahtjeva.
• Ažuriramo middleware da logira URL dolaznog zahtjeva.
• Ažuriramo rukovatelja rute i asinkronu funkciju da logiraju poruke koristeći konfigurirani logger.

Sada će sve log poruke uključivati ID zahtjeva, što olakšava praćenje zahtjeva i korelaciju logova.

Alternativni Pristupi: cls-hooked i Async Hooks

Prije nego što je AsyncLocalStorage postao dostupan, biblioteke poput cls-hooked su se često koristile za propagaciju asinkronog konteksta. cls-hooked koristi Async Hooks (nižerazinski Node.js API) za postizanje slične funkcionalnosti. Iako je cls-hooked i dalje široko korišten, AsyncLocalStorage se općenito preferira zbog svoje ugrađene prirode i poboljšanih performansi.

Async Hooks (async_hooks)

Async Hooks pružaju nižerazinski API za praćenje životnog ciklusa asinkronih operacija. Iako je AsyncLocalStorage izgrađen na vrhu Async Hooksa, izravno korištenje Async Hooksa često je složenije i manje učinkovito. Async Hooks su prikladniji za vrlo specifične, napredne slučajeve upotrebe gdje je potrebna fino zrnata kontrola nad asinkronim životnim ciklusom. Izbjegavajte izravno korištenje Async Hooksa osim ako je apsolutno nužno.

Zašto preferirati AsyncLocalStorage umjesto cls-hooked?

• Ugrađen: AsyncLocalStorage je dio Node.js jezgre, čime se eliminira potreba za vanjskim ovisnostima.
• Performanse: AsyncLocalStorage je općenito učinkovitiji od cls-hooked-a zbog svoje optimizirane implementacije.
• Održavanje: Kao ugrađeni modul, AsyncLocalStorage aktivno održava Node.js core tim.

Razmatranja i Ograničenja

Iako je AsyncLocalStorage moćan alat, važno je biti svjestan njegovih ograničenja:

• Granice Konteksta: AsyncLocalStorage propagira kontekst samo unutar istog izvršnog konteksta. Ako prosljeđujete podatke između različitih procesa ili poslužitelja (npr. putem redova poruka ili gRPC-a), i dalje ćete morati eksplicitno serijalizirati i deserijalizirati podatke o kontekstu.
• Curenje Memorije (Memory Leaks): Nepravilna upotreba AsyncLocalStorage-a može potencijalno dovesti do curenja memorije ako se podaci o kontekstu ne očiste pravilno. Osigurajte da ispravno koristite asyncLocalStorage.run() i izbjegavajte pohranjivanje velikih količina podataka u AsyncLocalStorage.
• Složenost: Iako AsyncLocalStorage pojednostavljuje propagaciju konteksta, može dodati i složenost vašem kodu ako se ne koristi pažljivo. Osigurajte da vaš tim razumije kako radi i da slijedi najbolje prakse.
• Nije Zamjena za Globalne Varijable: AsyncLocalStorage *nije* zamjena za globalne varijable. Specifično je dizajniran za propagiranje konteksta unutar jednog zahtjeva ili transakcije. Pretjerana upotreba može dovesti do čvrsto povezanog koda i otežati testiranje.

Najbolje Prakse za Korištenje AsyncLocalStorage-a

Da biste učinkovito koristili AsyncLocalStorage, razmotrite sljedeće najbolje prakse:

• Koristite Middleware: Koristite middleware za inicijalizaciju AsyncLocalStorage-a i pohranu podataka o kontekstu na početku svakog zahtjeva.
• Pohranjujte Minimalne Podatke: Pohranjujte samo bitne podatke o kontekstu u AsyncLocalStorage kako biste smanjili opterećenje memorije. Izbjegavajte pohranjivanje velikih objekata ili osjetljivih informacija.
• Izbjegavajte Izravan Pristup: Enkapsulirajte pristup AsyncLocalStorage-u iza dobro definiranih API-ja kako biste izbjegli čvrstu povezanost i poboljšali održivost koda. Stvorite pomoćne funkcije ili klase za upravljanje podacima o kontekstu.
• Razmotrite Rukovanje Greškama: Implementirajte rukovanje greškama kako biste elegantno obradili slučajeve u kojima AsyncLocalStorage nije ispravno inicijaliziran.
• Testirajte Temeljito: Napišite jedinične i integracijske testove kako biste osigurali da propagacija konteksta radi kako se očekuje.
• Dokumentirajte Upotrebu: Jasno dokumentirajte kako se AsyncLocalStorage koristi u vašoj aplikaciji kako biste pomogli drugim programerima da razumiju mehanizam propagacije konteksta.

Integracija s OpenTelemetry

OpenTelemetry je open-source okvir za nadzirivost koji pruža API-je, SDK-ove i alate za prikupljanje i izvoz telemetrijskih podataka (npr. tragovi, metrike, logovi). AsyncLocalStorage se može besprijekorno integrirati s OpenTelemetryjem za automatsko propagiranje konteksta traga preko asinkronih operacija.

OpenTelemetry se uvelike oslanja na propagaciju konteksta za korelaciju tragova između različitih servisa. Korištenjem AsyncLocalStorage-a možete osigurati da se kontekst traga ispravno propagira unutar vaše Node.js aplikacije, što vam omogućuje izgradnju sveobuhvatnog sustava za distribuirano praćenje.

Mnogi OpenTelemetry SDK-ovi automatski koriste AsyncLocalStorage (ili cls-hooked ako AsyncLocalStorage nije dostupan) za propagaciju konteksta. Provjerite dokumentaciju odabranog OpenTelemetry SDK-a za specifične detalje.

Zaključak

AsyncLocalStorage je vrijedan alat za upravljanje propagacijom asinkronog konteksta u poslužiteljskim JavaScript aplikacijama. Korištenjem za praćenje zahtjeva, autentifikaciju, logiranje i druge slučajeve upotrebe, možete izgraditi robusnije, nadzirivije i održivije aplikacije. Iako postoje alternative poput cls-hooked-a i Async Hooksa, AsyncLocalStorage je općenito preferirani izbor zbog svoje ugrađene prirode, performansi i jednostavnosti korištenja. Ne zaboravite slijediti najbolje prakse i biti svjesni njegovih ograničenja kako biste učinkovito iskoristili njegove mogućnosti. Sposobnost praćenja zahtjeva i korelacije događaja preko asinkronih operacija ključna je za izgradnju skalabilnih i pouzdanih sustava, posebno u arhitekturama mikroservisa i složenim distribuiranim okruženjima. Korištenje AsyncLocalStorage-a pomaže u postizanju tog cilja, što u konačnici dovodi do boljeg otklanjanja pogrešaka, praćenja performansi i cjelokupnog zdravlja aplikacije.