A JavaScript Async Local Storage: Kontextuskezelés mesterfokon aszinkron környezetekben

Az aszinkron programozás a modern JavaScript alapja, különösen a Node.js szerveroldali alkalmazásokban és egyre inkább a böngészőben is. Azonban a kontextus – egy adott kéréshez, felhasználói munkamenethez vagy tranzakcióhoz kapcsolódó adatok – kezelése aszinkron műveleteken keresztül kihívást jelenthet. A hagyományos technikák, mint például az adatok függvényhívásokon keresztüli átadása, nehézkessé és hibalehetőségeket rejtővé válhatnak, különösen összetett alkalmazásokban. Itt lép be képbe az Async Local Storage (ALS) mint egy hatékony megoldás.

Mi az az Async Local Storage (ALS)?

Az Async Local Storage (ALS) lehetővé teszi olyan adatok tárolását, amelyek egy adott aszinkron műveletre lokálisak. Gondoljunk rá úgy, mint a thread-local storage-ra más programozási nyelvekben, de a JavaScript egy szálú, eseményvezérelt modelljéhez igazítva. Az ALS lehetővé teszi adatok társítását az aktuális aszinkron végrehajtási kontextushoz, így azok elérhetővé válnak az egész aszinkron hívási láncban anélkül, hogy explicit módon argumentumként kellene átadni őket.

Lényegében az ALS egy olyan tárolóteret hoz létre, amely automatikusan továbbterjed az ugyanazon kontextuson belül kezdeményezett aszinkron műveleteken keresztül. Ez leegyszerűsíti a kontextuskezelést és jelentősen csökkenti az állapot fenntartásához szükséges boilerplate kódot az aszinkron határokon át.

Miért használjunk Async Local Storage-t?

Az ALS számos kulcsfontosságú előnyt kínál az aszinkron JavaScript fejlesztésben:

• Egyszerűsített kontextuskezelés: Kerülje el a kontextusváltozók több függvényhíváson keresztüli átadását, csökkentve a kód zsúfoltságát és javítva az olvashatóságot.
• Jobb hibakeresés: Könnyedén nyomon követheti a kérés-specifikus adatokat az aszinkron hívási veremben, megkönnyítve a hibakeresést és a problémamegoldást.
• Kevesebb Boilerplate kód: Megszünteti a kontextus manuális továbbításának szükségességét, ami tisztább és karbantarthatóbb kódot eredményez.
• Fokozott teljesítmény: A kontextus továbbítása automatikusan történik, minimalizálva a manuális kontextusátadással járó teljesítményterhelést.
• Központosított kontextushozzáférés: Egyetlen, jól meghatározott helyet biztosít a kontextusadatok eléréséhez, egyszerűsítve a hozzáférést és a módosítást.

Az Async Local Storage felhasználási esetei

Az ALS különösen hasznos olyan helyzetekben, amikor kérés-specifikus adatokat kell nyomon követni aszinkron műveleteken keresztül. Íme néhány gyakori felhasználási eset:

1. Kérések követése webszervereken

Egy webszerverben minden bejövő kérés különálló aszinkron kontextusként kezelhető. Az ALS használható kérés-specifikus információk tárolására, mint például a kérés azonosítója, felhasználói azonosító, hitelesítési token és egyéb releváns adatok. Ez lehetővé teszi, hogy könnyen hozzáférjen ezekhez az információkhoz az alkalmazás bármely részéből, amely a kérést kezeli, beleértve a middleware-eket, a kontrollereket és az adatbázis-lekérdezéseket.

Példa (Node.js Express-szel):

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 ${requestId} started`);
    next();
  });
});

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

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

Ebben a példában minden bejövő kérés egyedi kérésazonosítót kap, amelyet az Async Local Storage-ben tárolunk. Ez az azonosító ezután a kéréskezelő bármely részéből elérhető, lehetővé téve a kérés nyomon követését annak teljes életciklusa során.

2. Felhasználói munkamenetek kezelése

Az ALS felhasználói munkamenetek kezelésére is használható. Amikor egy felhasználó bejelentkezik, a felhasználó munkamenet-adatait (pl. felhasználói azonosító, szerepkörök, engedélyek) az ALS-ben tárolhatja. Ez lehetővé teszi, hogy könnyen hozzáférjen a felhasználó munkamenet-adataihoz az alkalmazás bármely részéből, ahol szükség van rá, anélkül, hogy argumentumként kellene átadni.

Példa:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Hitelesítés szimulálása
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('User authenticated, session stored in 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(`Async operation: User ID: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Async operation: No user session found');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

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

main();

Ebben a példában a sikeres hitelesítés után a felhasználói munkamenet az ALS-ben tárolódik. A `someAsyncOperation` függvény ezután hozzáférhet ehhez a munkamenet-adathoz anélkül, hogy azt explicit módon argumentumként kellene átadni neki.

3. Tranzakciókezelés

Adatbázis-tranzakciók esetén az ALS használható a tranzakciós objektum tárolására. Ez lehetővé teszi, hogy hozzáférjen a tranzakciós objektumhoz az alkalmazás bármely részéből, amely részt vesz a tranzakcióban, biztosítva, hogy minden művelet ugyanazon tranzakciós hatókörön belül történjen.

4. Naplózás és auditálás

Az ALS használható kontextus-specifikus információk tárolására naplózási és auditálási célokra. Például tárolhatja a felhasználói azonosítót, a kérésazonosítót és az időbélyeget az ALS-ben, majd ezt az információt belefoglalhatja a naplóüzenetekbe. Ez megkönnyíti a felhasználói tevékenységek nyomon követését és a lehetséges biztonsági problémák azonosítását.

Az Async Local Storage használata

Az Async Local Storage használata három fő lépésből áll:

1. AsyncLocalStorage példány létrehozása: Hozzon létre egy példányt az `AsyncLocalStorage` osztályból.
2. Kód futtatása kontextuson belül: Használja a `run()` metódust a kód egy adott kontextuson belüli futtatásához. A `run()` metódus két argumentumot fogad el: egy tárolót (általában egy Map-et vagy egy objektumot) és egy visszahívó függvényt. A tároló elérhető lesz minden, a visszahívó függvényen belül kezdeményezett aszinkron művelet számára.
3. A tároló elérése: Használja a `getStore()` metódust a tároló eléréséhez az aszinkron kontextuson belül.

Példa:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

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

main();

Az AsyncLocalStorage API

Az `AsyncLocalStorage` osztály a következő metódusokat biztosítja:

• constructor(): Létrehoz egy új AsyncLocalStorage példányt.
• run(store, callback, ...args): A megadott visszahívó függvényt egy olyan kontextusban futtatja, ahol a megadott tároló elérhető. A tároló általában egy `Map` vagy egy egyszerű JavaScript objektum. A visszahívó függvényen belül kezdeményezett bármely aszinkron művelet örökli ezt a kontextust. További argumentumok is átadhatók a visszahívó függvénynek.
• getStore(): Visszaadja az aktuális tárolót az aktuális aszinkron kontextushoz. `undefined`-et ad vissza, ha nincs tároló társítva az aktuális kontextushoz.
• disable(): Letiltja az AsyncLocalStorage példányt. A letiltás után a `run()` és `getStore()` többé nem fog működni.

Megfontolások és bevált gyakorlatok

Bár az ALS egy hatékony eszköz, fontos, hogy megfontoltan használjuk. Íme néhány megfontolás és bevált gyakorlat:

• Kerülje a túlzott használatot: Ne használja az ALS-t mindenre. Csak akkor használja, ha kontextust kell nyomon követnie aszinkron határokon át. Fontolja meg egyszerűbb megoldások, például hagyományos változók használatát, ha a kontextust nem kell aszinkron hívásokon keresztül továbbítani.
• Teljesítmény: Bár az ALS általában hatékony, a túlzott használat befolyásolhatja a teljesítményt. Mérje és optimalizálja a kódját szükség szerint. Legyen tudatában az ALS-be helyezett tároló méretének. A nagy objektumok befolyásolhatják a teljesítményt, különösen, ha sok aszinkron műveletet indítanak.
• Kontextuskezelés: Győződjön meg róla, hogy megfelelően kezeli a tároló életciklusát. Hozzon létre új tárolót minden kéréshez vagy munkamenethez, és takarítsa ki a tárolót, amikor már nincs rá szükség. Bár maga az ALS segít a hatókör kezelésében, a tárolón *belüli* adatok továbbra is megfelelő kezelést és szemétgyűjtést igényelnek.
• Hibakezelés: Legyen tudatában a hibakezelésnek. Ha egy aszinkron műveleten belül hiba történik, a kontextus elveszhet. Fontolja meg a try-catch blokkok használatát a hibák kezelésére és a kontextus megfelelő fenntartásának biztosítására.
• Hibakeresés: Az ALS-alapú alkalmazások hibakeresése kihívást jelenthet. Használjon hibakereső eszközöket és naplózást a végrehajtás folyamatának nyomon követésére és a lehetséges problémák azonosítására.
• Kompatibilitás: Az ALS a Node.js 14.5.0 és újabb verzióiban érhető el. Győződjön meg róla, hogy a környezete támogatja az ALS-t, mielőtt használná. Régebbi Node.js verziókhoz fontolja meg alternatív megoldások, például a continuation-local storage (CLS) használatát, bár ezek eltérő teljesítményjellemzőkkel és API-kkal rendelkezhetnek.

Az Async Local Storage alternatívái

Az ALS bevezetése előtt a fejlesztők gyakran más technikákra támaszkodtak a kontextus kezelésére az aszinkron JavaScriptben. Íme néhány gyakori alternatíva:

• Explicit kontextusátadás: A kontextusváltozók argumentumként történő átadása a hívási lánc minden függvényének. Ez a megközelítés egyszerű, de unalmassá és hibalehetőségeket rejtővé válhat összetett alkalmazásokban. Emellett megnehezíti a refaktorálást is, mivel a kontextusadatok megváltoztatása sok függvény szignatúrájának módosítását igényli.
• Continuation-Local Storage (CLS): A CLS hasonló funkcionalitást biztosít, mint az ALS, de egy másik mechanizmuson alapul. A CLS monkey-patching segítségével fogja el az aszinkron műveleteket és propagálja a kontextust. Ez a megközelítés bonyolultabb lehet és teljesítménybeli következményekkel járhat.
• Könyvtárak és keretrendszerek: Néhány könyvtár és keretrendszer saját kontextuskezelési mechanizmust biztosít. Például az Express.js middleware-t biztosít a kérés-specifikus adatok kezelésére.

Bár ezek az alternatívák bizonyos helyzetekben hasznosak lehetnek, az ALS egy elegánsabb és hatékonyabb megoldást kínál a kontextus kezelésére az aszinkron JavaScriptben.

Összegzés

Az Async Local Storage (ALS) egy hatékony eszköz a kontextus kezelésére aszinkron JavaScript alkalmazásokban. Azáltal, hogy lehetővé teszi egy adott aszinkron műveletre lokális adatok tárolását, az ALS leegyszerűsíti a kontextuskezelést, javítja a hibakeresést és csökkenti a boilerplate kódot. Legyen szó webszerver építéséről, felhasználói munkamenetek kezeléséről vagy adatbázis-tranzakciók kezeléséről, az ALS segíthet tisztább, karbantarthatóbb és hatékonyabb kódot írni.

Az aszinkron programozás egyre elterjedtebb a JavaScriptben, ami az ALS-hez hasonló eszközök megértését egyre kritikusabbá teszi. A helyes használatának és korlátainak megértésével a fejlesztők robusztusabb és kezelhetőbb alkalmazásokat hozhatnak létre, amelyek képesek a skálázódásra és a globálisan változatos felhasználói igényekhez való alkalmazkodásra. Kísérletezzen az ALS-szel a projektjeiben, és fedezze fel, hogyan egyszerűsítheti az aszinkron munkafolyamatait és javíthatja az alkalmazás általános architektúráját.

További források

• A Node.js AsyncLocalStorage dokumentációja
• async-local-storage npm csomag (régebbi Node.js verziókhoz)
• Async Local Storage in Node.js - YouTube