JavaScript aszinkron kontextusváltozók: Kérelmek nyomon követésének mélyreható elemzése

Az aszinkron programozás a modern JavaScript-fejlesztés alapja, különösen az olyan környezetekben, mint a Node.js. Az állapot és a kontextus kezelése az aszinkron műveletek során azonban kihívást jelenthet. Itt jönnek képbe az aszinkron kontextusváltozók (Async Context Variables - ACV). Ez a cikk átfogó útmutatót nyújt az aszinkron kontextusváltozók megértéséhez és implementálásához a robusztus kérelemkövetés és a jobb diagnosztika érdekében.

Mik azok az aszinkron kontextusváltozók?

Az aszinkron kontextusváltozók, a Node.js-ben AsyncLocalStorage néven ismertek, mechanizmust biztosítanak az aktuális aszinkron végrehajtási kontextushoz lokális adatok tárolására és elérésére. Gondoljon rá úgy, mint a más nyelvekben megszokott szál-lokális tárolásra (thread-local storage), de a JavaScript egy szálú, eseményvezérelt természetéhez igazítva. Ez lehetővé teszi, hogy adatokat társítson egy aszinkron művelethez, és következetesen hozzáférjen azokhoz a művelet teljes életciklusa alatt, függetlenül attól, hogy hány aszinkron hívás történik.

A kérelemkövetés hagyományos megközelítései, mint például az adatok függvényargumentumokon keresztüli átadása, nehézkessé és hibalehetőségeket rejtővé válhatnak az alkalmazás bonyolultságának növekedésével. Az aszinkron kontextusváltozók egy tisztább, jobban karbantartható megoldást kínálnak.

Miért használjunk aszinkron kontextusváltozókat a kérelemkövetéshez?

A kérelemkövetés több okból is kulcsfontosságú:

• Hibakeresés: Ha hiba történik, meg kell értenie, milyen kontextusban következett be. A kérelemazonosítók, felhasználói azonosítók és más releváns adatok segíthetnek a probléma forrásának meghatározásában.
• Naplózás: A naplóüzenetek kérelem-specifikus információkkal való gazdagítása megkönnyíti a kérelem végrehajtási folyamatának nyomon követését és a teljesítmény-szűk keresztmetszetek azonosítását.
• Teljesítményfigyelés: A kérelem időtartamának és az erőforrás-használatnak a nyomon követése segíthet a lassú végpontok azonosításában és az alkalmazás teljesítményének optimalizálásában.
• Biztonsági auditálás: A felhasználói műveletek és a kapcsolódó adatok naplózása értékes betekintést nyújthat a biztonsági auditokhoz és a megfelelőségi célokhoz.

Az aszinkron kontextusváltozók leegyszerűsítik a kérelemkövetést azáltal, hogy egy központi, könnyen hozzáférhető tárolót biztosítanak a kérelem-specifikus adatok számára. Ez kiküszöböli a kontextusadatok manuális továbbításának szükségességét több függvényhíváson és aszinkron műveleten keresztül.

Aszinkron kontextusváltozók implementálása Node.js-ben

A Node.js biztosítja az async_hooks modult, amely tartalmazza az AsyncLocalStorage osztályt az aszinkron kontextus kezeléséhez. Íme egy alapvető példa:

Példa: Alapvető kérelemkövetés AsyncLocalStorage segítségével

Először importálja a szükséges modulokat:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Hozzon létre egy AsyncLocalStorage példányt:

            const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

            

              
                Copy
              
            
          

Hozzon létre egy HTTP-szervert, amely az AsyncLocalStorage-t használja egy kérelemazonosító tárolására és lekérésére:

            const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    setTimeout(() => {
      console.log(`Request ID inside timeout: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);
      res.end('Hello, world!');
    }, 100);
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Indítsa el a szervert:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Ebben a példában az asyncLocalStorage.run() egy új aszinkron kontextust hoz létre. Ezen a kontextuson belül beállítjuk a requestId-t. A setTimeout függvény, amely aszinkron módon hajtódik végre, továbbra is hozzáférhet a requestId-hoz, mert ugyanabban az aszinkron kontextusban van.

Magyarázat

• AsyncLocalStorage: Biztosítja az API-t az aszinkron kontextus kezeléséhez.
• asyncLocalStorage.run(store, callback): Végrehajtja a callback függvényt egy új aszinkron kontextusban. A store argumentum a kontextus kezdeti értéke (pl. egy Map vagy egy objektum).
• asyncLocalStorage.getStore(): Visszaadja az aktuális aszinkron kontextus tárolóját.

Haladó kérelemkövetési forgatókönyvek

Az alapvető példa bemutatja az alapelveket. Íme néhány haladóbb forgatókönyv:

1. forgatókönyv: Integráció adatbázissal

Az aszinkron kontextusváltozókat használhatja arra, hogy automatikusan belefoglalja a kérelemazonosítókat az adatbázis-lekérdezésekbe. Ez különösen hasznos az adatbázis-interakciók auditálásához és hibakereséséhez.

            const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const http = require('http');
const { Pool } = require('pg'); // PostgreSQL-t feltételezve

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const pool = new Pool({
  user: 'your_user',
  host: 'your_host',
  database: 'your_database',
  password: 'your_password',
  port: 5432,
});

// Függvény lekérdezés végrehajtásához kérelemazonosítóval
async function executeQuery(queryText, values = []) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'unknown';
  const enrichedQueryText = `/* requestId: ${requestId} */ ${queryText}`;
  try {
     const res = await pool.query(enrichedQueryText, values);
     return res;
  } catch (err) {
     console.error("Error executing query:", err);
     throw err;
  }

}

const server = http.createServer(async (req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    try {
      // Példa: Adatok beszúrása egy táblába
      const result = await executeQuery('SELECT NOW()');
      console.log("Query result:", result.rows);
      res.end('Hello, database!');
    } catch (error) {
      console.error("Request failed:", error);
      res.statusCode = 500;
      res.end('Internal Server Error');
    }

  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Ebben a példában az executeQuery függvény lekéri a kérelemazonosítót az AsyncLocalStorage-ból, és kommentként belefoglalja az SQL-lekérdezésbe. Ez lehetővé teszi, hogy könnyedén visszakövesse az adatbázis-lekérdezéseket a konkrét kérelmekhez.

2. forgatókönyv: Elosztott nyomkövetés (Distributed Tracing)

Több mikroszolgáltatással rendelkező komplex alkalmazások esetében az aszinkron kontextusváltozókat használhatja a nyomkövetési információk szolgáltatási határokon át történő továbbítására. Ez lehetővé teszi a végponttól végpontig tartó kérelemkövetést, ami elengedhetetlen a teljesítmény-szűk keresztmetszetek azonosításához és az elosztott rendszerek hibakereséséhez.

Ez általában egy egyedi nyomkövetési azonosító (trace ID) generálását jelenti a kérelem elején, és annak továbbítását az összes további szolgáltatásnak. Ezt a nyomkövetési azonosító HTTP fejlécekbe való belefoglalásával lehet megtenni.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const server = http.createServer((req, res) => {
  const traceId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('traceId', traceId);

    console.log(`Trace ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('traceId')}`);

    // Kérés indítása egy másik szolgáltatás felé
    makeRequestToAnotherService(traceId)
      .then(data => {
        res.end(`Response from other service: ${data}`);
      })
      .catch(err => {
        console.error('Error making request:', err);
        res.statusCode = 500;
        res.end('Error from upstream service');
      });

  });
});

async function makeRequestToAnotherService(traceId) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const options = {
      hostname: 'example.com',
      port: 443,
      path: '/',
      method: 'GET',
      headers: {
        'X-Trace-ID': traceId, // Nyomkövetési azonosító továbbítása a HTTP fejlécben
      },
    };

    const req = https.request(options, (res) => {
      let data = '';

      res.on('data', (chunk) => {
        data += chunk;
      });

      res.on('end', () => {
        resolve(data);
      });
    });

    req.on('error', (error) => {
      reject(error);
    });

    req.end();
  });
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

A fogadó szolgáltatás ezután kinyerheti a nyomkövetési azonosítót a HTTP fejlécből, és elmentheti a saját AsyncLocalStorage-ába. Ez létrehoz egy nyomkövetési azonosítókból álló láncot, amely több szolgáltatáson átível, lehetővé téve a végponttól végpontig tartó kérelemkövetést.

3. forgatókönyv: Naplóbejegyzések korrelációja

A kérelem-specifikus információkkal történő következetes naplózás lehetővé teszi a naplóbejegyzések korrelációját több szolgáltatás és komponens között. Ez megkönnyíti a problémák diagnosztizálását és a kérelmek rendszeren keresztüli folyamatának nyomon követését. Olyan könyvtárak, mint a Winston és a Bunyan, integrálhatók, hogy automatikusan belefoglalják az AsyncLocalStorage adatait a naplóüzenetekbe.

Így konfigurálható a Winston az automatikus naplózási korrelációhoz:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);

    logger.info('Request received');

    setTimeout(() => {
      logger.info('Processing request...');
      res.end('Hello, logging!');
    }, 100);
  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

A Winston logger konfigurálásával, hogy tartalmazza a kérelemazonosítót az AsyncLocalStorage-ból, a kérelem kontextusán belüli összes naplóüzenet automatikusan meg lesz jelölve a kérelemazonosítóval.

Bevált gyakorlatok az aszinkron kontextusváltozók használatához

• Inicializálja az AsyncLocalStorage-t korán: Hozza létre és inicializálja az AsyncLocalStorage példányát a lehető legkorábban az alkalmazás életciklusában. Ez biztosítja, hogy az egész alkalmazásban elérhető legyen.
• Használjon következetes elnevezési konvenciót: Alakítson ki egy következetes elnevezési konvenciót a kontextusváltozók számára. Ez megkönnyíti a kód megértését és karbantartását. Például az összes kontextusváltozó nevét elláthatja egy acv_ előtaggal.
• Minimalizálja a kontextusadatokat: Csak a lényeges adatokat tárolja az aszinkron kontextusban. A nagy kontextusobjektumok befolyásolhatják a teljesítményt. Fontolja meg, hogy maguk az objektumok helyett csak hivatkozásokat tároljon rájuk.
• Kezelje gondosan a hibákat: Győződjön meg róla, hogy a hibakezelési logikája megfelelően megtisztítja az aszinkron kontextust. A le nem kezelt kivételek inkonzisztens állapotban hagyhatják a kontextust.
• Vegye figyelembe a teljesítményre gyakorolt hatásokat: Bár az AsyncLocalStorage általában teljesítmény szempontjából hatékony, a túlzott használat vagy a nagy kontextusobjektumok befolyásolhatják a teljesítményt. Mérje meg az alkalmazás teljesítményét az AsyncLocalStorage implementálása után.
• Óvatosan használja könyvtárakban: Kerülje az AsyncLocalStorage használatát mások által használandó könyvtárakban, mivel ez váratlan viselkedéshez és konfliktusokhoz vezethet a fogyasztó alkalmazás saját AsyncLocalStorage használatával.

Az aszinkron kontextusváltozók alternatívái

Bár az aszinkron kontextusváltozók hatékony megoldást kínálnak a kérelemkövetésre, léteznek alternatív megközelítések:

• Manuális kontextus-továbbítás: A kontextusadatok átadása függvényargumentumként. Ez a megközelítés egyszerű kis alkalmazásoknál, de a bonyolultság növekedésével nehézkessé és hibalehetőségeket rejtővé válik.
• Middleware: Middleware használata a kontextusadatok beillesztésére a kérelemobjektumokba. Ez a megközelítés gyakori az olyan webes keretrendszerekben, mint az Express.js.
• Kontextus-továbbító könyvtárak: Olyan könyvtárak, amelyek magasabb szintű absztrakciókat biztosítanak a kontextus továbbításához. Ezek a könyvtárak leegyszerűsíthetik a komplex nyomkövetési forgatókönyvek implementálását.

A megközelítés megválasztása az alkalmazás specifikus követelményeitől függ. Az aszinkron kontextusváltozók különösen jól illeszkednek a bonyolult aszinkron munkafolyamatokhoz, ahol a manuális kontextus-továbbítás nehezen kezelhetővé válik.

Összegzés

Az aszinkron kontextusváltozók hatékony és elegáns megoldást nyújtanak az állapot és kontextus kezelésére az aszinkron JavaScript-alkalmazásokban. Az aszinkron kontextusváltozók kérelemkövetésre való használatával jelentősen javíthatja alkalmazásai hibakereshetőségét, karbantarthatóságát és teljesítményét. Az alapvető kérelemazonosító-követéstől a haladó elosztott nyomkövetésig és naplózási korrelációig az AsyncLocalStorage lehetővé teszi, hogy robusztusabb és jobban megfigyelhető rendszereket építsen. Ezen technikák megértése és alkalmazása elengedhetetlen minden fejlesztő számára, aki aszinkron JavaScripttel dolgozik, különösen a bonyolult szerveroldali környezetekben.