JavaScript Async Local Storage: Ovladavanje upravljanjem kontekstom u asinkronim okruženjima

Asinkrono programiranje temelj je modernog JavaScripta, osobito u Node.js-u za poslužiteljske aplikacije i sve više u pregledniku. Međutim, upravljanje kontekstom – podacima specifičnim za zahtjev, korisničku sesiju ili transakciju – kroz asinkrone operacije može biti izazovno. Standardne tehnike poput prosljeđivanja podataka kroz pozive funkcija mogu postati nezgrapne i sklone pogreškama, posebno u složenim aplikacijama. Ovdje na scenu stupa Async Local Storage (ALS) kao moćno rješenje.

Što je Async Local Storage (ALS)?

Async Local Storage (ALS) pruža način pohrane podataka koji su lokalni za određenu asinkronu operaciju. Zamislite ga kao 'thread-local storage' u drugim programskim jezicima, ali prilagođen JavaScriptovom jednonitnom modelu vođenom događajima. ALS vam omogućuje povezivanje podataka s trenutnim asinkronim izvršnim kontekstom, čineći ih dostupnima kroz cijeli lanac asinkronih poziva, bez eksplicitnog prosljeđivanja kao argumenata.

U suštini, ALS stvara prostor za pohranu koji se automatski širi kroz asinkrone operacije pokrenute unutar istog konteksta. To pojednostavljuje upravljanje kontekstom i značajno smanjuje ponavljajući kod potreban za održavanje stanja preko asinkronih granica.

Zašto koristiti Async Local Storage?

ALS nudi nekoliko ključnih prednosti u asinkronom JavaScript razvoju:

• Pojednostavljeno upravljanje kontekstom: Izbjegnite prosljeđivanje varijabli konteksta kroz više poziva funkcija, smanjujući nered u kodu i poboljšavajući čitljivost.
• Poboljšano ispravljanje pogrešaka: Lako pratite podatke specifične za zahtjev kroz cijeli asinkroni pozivni stog, olakšavajući ispravljanje pogrešaka i rješavanje problema.
• Smanjen ponavljajući kod: Uklonite potrebu za ručnim širenjem konteksta, što dovodi do čišćeg koda koji je lakši za održavanje.
• Poboljšane performanse: Širenje konteksta obavlja se automatski, minimizirajući utjecaj na performanse povezan s ručnim prosljeđivanjem konteksta.
• Centralizirani pristup kontekstu: Pruža jedinstvenu, dobro definiranu lokaciju za pristup podacima konteksta, pojednostavljujući pristup i izmjenu.

Slučajevi korištenja za Async Local Storage

ALS je posebno koristan u scenarijima gdje trebate pratiti podatke specifične za zahtjev kroz asinkrone operacije. Evo nekih uobičajenih slučajeva korištenja:

1. Praćenje zahtjeva na web poslužiteljima

Na web poslužitelju, svaki dolazni zahtjev može se tretirati kao zaseban asinkroni kontekst. ALS se može koristiti za pohranu informacija specifičnih za zahtjev, kao što su ID zahtjeva, ID korisnika, autentifikacijski token i drugi relevantni podaci. To vam omogućuje jednostavan pristup tim informacijama iz bilo kojeg dijela vaše aplikacije koji obrađuje zahtjev, uključujući middleware, kontrolere i upite bazi podataka.

Primjer (Node.js s Expressom):

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(`Zahtjev ${requestId} je započeo`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Obrađujem zahtjev ${requestId}`);
  res.send(`Pozdrav, ID zahtjeva: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Poslužitelj sluša na portu 3000');
});

U ovom primjeru, svakom dolaznom zahtjevu dodjeljuje se jedinstveni ID zahtjeva, koji se pohranjuje u Async Local Storage. Tom ID-u se zatim može pristupiti iz bilo kojeg dijela rukovatelja zahtjevom, omogućujući vam praćenje zahtjeva tijekom cijelog njegovog životnog ciklusa.

2. Upravljanje korisničkim sesijama

ALS se također može koristiti za upravljanje korisničkim sesijama. Kada se korisnik prijavi, možete pohraniti podatke o korisničkoj sesiji (npr. ID korisnika, uloge, dozvole) u ALS. To vam omogućuje jednostavan pristup podacima o korisničkoj sesiji iz bilo kojeg dijela vaše aplikacije koji ih treba, bez potrebe za prosljeđivanjem kao argumenata.

Primjer:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Simulacija autentifikacije
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('Korisnik autentificiran, sesija pohranjena u 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(`Asinkrona operacija: ID korisnika: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Asinkrona operacija: Nije pronađena korisnička sesija');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

async function main() {
  if (authenticateUser('user', 'password')) {
    await someAsyncOperation();
  } else {
    console.log('Autentifikacija nije uspjela');
  }
}

main();

U ovom primjeru, nakon uspješne autentifikacije, korisnička sesija se pohranjuje u ALS. Funkcija `someAsyncOperation` tada može pristupiti tim podacima o sesiji bez potrebe da se oni eksplicitno prosljeđuju kao argument.

3. Upravljanje transakcijama

U transakcijama s bazom podataka, ALS se može koristiti za pohranu objekta transakcije. To vam omogućuje pristup objektu transakcije iz bilo kojeg dijela vaše aplikacije koji sudjeluje u transakciji, osiguravajući da se sve operacije izvršavaju unutar istog transakcijskog opsega.

4. Zapisivanje i revizija

ALS se može koristiti za pohranu informacija specifičnih za kontekst za potrebe zapisivanja (logging) i revizije (auditing). Na primjer, možete pohraniti ID korisnika, ID zahtjeva i vremensku oznaku u ALS, a zatim uključiti te informacije u svoje poruke zapisa. To olakšava praćenje aktivnosti korisnika i identificiranje potencijalnih sigurnosnih problema.

Kako koristiti Async Local Storage

Korištenje Async Local Storagea uključuje tri glavna koraka:

1. Kreiranje instance AsyncLocalStorage: Stvorite instancu klase `AsyncLocalStorage`.
2. Izvršavanje koda unutar konteksta: Koristite metodu `run()` za izvršavanje koda unutar određenog konteksta. Metoda `run()` prima dva argumenta: pohranu (obično Map ili objekt) i callback funkciju. Pohrana će biti dostupna svim asinkronim operacijama pokrenutim unutar callback funkcije.
3. Pristup pohrani: Koristite metodu `getStore()` za pristup pohrani unutar asinkronog konteksta.

Primjer:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const value = asyncLocalStorage.getStore().get('myKey');
      console.log('Vrijednost iz ALS-a:', value);
      resolve();
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('myKey', 'Pozdrav iz ALS-a!');
    await doSomethingAsync();
  });
}

main();

AsyncLocalStorage API

Klasa `AsyncLocalStorage` pruža sljedeće metode:

• constructor(): Stvara novu instancu AsyncLocalStorage.
• run(store, callback, ...args): Izvršava pruženu callback funkciju unutar konteksta gdje je dostupna zadana pohrana. Pohrana je obično `Map` ili običan JavaScript objekt. Sve asinkrone operacije pokrenute unutar callbacka naslijedit će ovaj kontekst. Dodatni argumenti mogu se proslijediti callback funkciji.
• getStore(): Vraća trenutnu pohranu za trenutni asinkroni kontekst. Vraća `undefined` ako nijedna pohrana nije povezana s trenutnim kontekstom.
• disable(): Onemogućuje instancu AsyncLocalStorage. Jednom onemogućene, `run()` i `getStore()` više neće funkcionirati.

Razmatranja i najbolje prakse

Iako je ALS moćan alat, važno ga je koristiti razborito. Evo nekih razmatranja i najboljih praksi:

• Izbjegavajte prekomjernu upotrebu: Nemojte koristiti ALS za sve. Koristite ga samo kada trebate pratiti kontekst preko asinkronih granica. Razmotrite jednostavnija rješenja poput običnih varijabli ako kontekst ne treba širiti kroz asinkrone pozive.
• Performanse: Iako je ALS općenito učinkovit, prekomjerna upotreba može utjecati na performanse. Mjerite i optimizirajte svoj kod prema potrebi. Pazite na veličinu pohrane koju stavljate u ALS. Veliki objekti mogu utjecati na performanse, osobito ako se pokreće mnogo asinkronih operacija.
• Upravljanje kontekstom: Osigurajte da pravilno upravljate životnim ciklusom pohrane. Stvorite novu pohranu za svaki zahtjev ili sesiju i očistite je kada više nije potrebna. Iako sam ALS pomaže u upravljanju opsegom, podaci *unutar* pohrane i dalje zahtijevaju pravilno rukovanje i sakupljanje smeća (garbage collection).
• Rukovanje pogreškama: Pazite na rukovanje pogreškama. Ako se dogodi pogreška unutar asinkrone operacije, kontekst se može izgubiti. Razmislite o korištenju try-catch blokova za rukovanje pogreškama i osiguravanje pravilnog održavanja konteksta.
• Ispravljanje pogrešaka: Ispravljanje pogrešaka u aplikacijama temeljenim na ALS-u može biti izazovno. Koristite alate za ispravljanje pogrešaka i zapisivanje kako biste pratili tijek izvršavanja i identificirali potencijalne probleme.
• Kompatibilnost: ALS je dostupan u Node.js verziji 14.5.0 i novijima. Provjerite podržava li vaše okruženje ALS prije nego što ga počnete koristiti. Za starije verzije Node.js-a, razmislite o korištenju alternativnih rješenja poput 'continuation-local storage' (CLS), iako ona mogu imati drugačije karakteristike performansi i API-je.

Alternative za Async Local Storage

Prije uvođenja ALS-a, programeri su se često oslanjali na druge tehnike za upravljanje kontekstom u asinkronom JavaScriptu. Evo nekih uobičajenih alternativa:

• Eksplicitno prosljeđivanje konteksta: Prosljeđivanje varijabli konteksta kao argumenata svakoj funkciji u lancu poziva. Ovaj pristup je jednostavan, ali može postati zamoran i sklon pogreškama u složenim aplikacijama. Također otežava refaktoriranje, jer promjena podataka konteksta zahtijeva izmjenu potpisa mnogih funkcija.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS pruža sličnu funkcionalnost kao ALS, ali se temelji na drugačijem mehanizmu. CLS koristi 'monkey-patching' za presretanje asinkronih operacija i širenje konteksta. Ovaj pristup može biti složeniji i imati implikacije na performanse.
• Biblioteke i okviri: Neke biblioteke i okviri pružaju vlastite mehanizme za upravljanje kontekstom. Na primjer, Express.js pruža middleware za upravljanje podacima specifičnim za zahtjev.

Iako ove alternative mogu biti korisne u određenim situacijama, ALS nudi elegantnije i učinkovitije rješenje za upravljanje kontekstom u asinkronom JavaScriptu.

Zaključak

Async Local Storage (ALS) moćan je alat za upravljanje kontekstom u asinkronim JavaScript aplikacijama. Pružajući način pohrane podataka koji su lokalni za određenu asinkronu operaciju, ALS pojednostavljuje upravljanje kontekstom, poboljšava ispravljanje pogrešaka i smanjuje ponavljajući kod. Bilo da gradite web poslužitelj, upravljate korisničkim sesijama ili rukujete transakcijama s bazom podataka, ALS vam može pomoći da pišete čišći, efikasniji kod koji je lakši za održavanje.

Asinkrono programiranje postaje sve prisutnije u JavaScriptu, što razumijevanje alata poput ALS-a čini sve važnijim. Razumijevanjem njegove pravilne upotrebe i ograničenja, programeri mogu stvarati robusnije i upravljivije aplikacije sposobne za skaliranje i prilagodbu različitim potrebama korisnika na globalnoj razini. Eksperimentirajte s ALS-om u svojim projektima i otkrijte kako može pojednostaviti vaše asinkrone tijekove rada i poboljšati cjelokupnu arhitekturu aplikacije.

Dodatni resursi

• Node.js AsyncLocalStorage dokumentacija
• async-local-storage npm paket (za starije verzije Node.js-a)
• Async Local Storage u Node.js-u - YouTube