JavaScript 비동기 컨텍스트: 비동기 작업 전반에서 요청 범위 변수 관리

비동기 프로그래밍은 현대 JavaScript 개발의 초석이며, 특히 논블로킹 I/O가 성능에 중요한 Node.js와 같은 환경에서 그렇습니다. 그러나 비동기 작업 전반에서 컨텍스트를 관리하는 것은 어려울 수 있습니다. 바로 이 지점에서 JavaScript의 비동기 컨텍스트, 특히 AsyncLocalStorage가 등장합니다.

비동기 컨텍스트란 무엇인가?

비동기 컨텍스트는 비동기 작업의 수명 주기 동안 유지되는 데이터와 비동기 작업을 연결하는 기능을 의미합니다. 이는 여러 비동기 호출에서 요청 범위 정보(예: 사용자 ID, 요청 ID, 추적 정보)를 유지해야 하는 시나리오에 필수적입니다. 적절한 컨텍스트 관리가 없으면 디버깅, 로깅 및 보안이 훨씬 더 어려워질 수 있습니다.

비동기 작업에서 컨텍스트 유지의 어려움

함수 호출을 통해 변수를 명시적으로 전달하는 것과 같은 기존의 컨텍스트 관리 방식은 비동기 코드의 복잡성이 증가함에 따라 번거롭고 오류가 발생하기 쉽습니다. 콜백 지옥과 프로미스 체인은 컨텍스트 흐름을 가릴 수 있어 유지 관리 문제와 잠재적인 보안 취약점으로 이어질 수 있습니다. 다음의 단순화된 예를 고려해 보십시오.


function processRequest(req, res) {
  const userId = req.userId;

  fetchData(userId, (data) => {
    transformData(userId, data, (transformedData) => {
      logData(userId, transformedData, () => {
        res.send(transformedData);
      });
    });
  });
}

이 예에서 userId는 중첩된 콜백을 통해 반복적으로 전달됩니다. 이 접근 방식은 장황할 뿐만 아니라 함수를 긴밀하게 결합하여 재사용성이 떨어지고 테스트하기가 더 어렵습니다.

AsyncLocalStorage 소개

AsyncLocalStorage는 특정 비동기 컨텍스트에 로컬인 데이터를 저장하는 메커니즘을 제공하는 Node.js의 내장 모듈입니다. 동일한 실행 컨텍스트 내에서 비동기 경계를 넘어 자동으로 전파되는 값을 설정하고 검색할 수 있습니다. 이는 요청 범위 변수의 관리를 크게 단순화합니다.

AsyncLocalStorage 작동 방식

AsyncLocalStorage는 현재 비동기 작업과 연결된 스토리지 컨텍스트를 생성하여 작동합니다. 새로운 비동기 작업(예: 프로미스, 콜백)이 시작되면 스토리지 컨텍스트가 새 작업으로 자동 전파됩니다. 이렇게 하면 전체 비동기 호출 체인에서 동일한 데이터에 액세스할 수 있습니다.

AsyncLocalStorage의 기본 사용법

다음은 AsyncLocalStorage를 사용하는 기본 예입니다.


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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.userId;

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

    fetchData().then(data => {
      return transformData(data);
    }).then(transformedData => {
      return logData(transformedData);
    }).then(() => {
      res.send(transformedData);
    });
  });
}

async function fetchData() {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... userId를 사용하여 데이터 가져오기
  return data;
}

async function transformData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... userId를 사용하여 데이터 변환
  return transformedData;
}

async function logData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... userId를 사용하여 데이터 로깅
  return;
}

이 예에서:

AsyncLocalStorage의 인스턴스를 생성합니다.
processRequest 함수에서 asyncLocalStorage.run을 사용하여 새 스토리지 인스턴스(이 경우 Map)의 컨텍스트 내에서 함수를 실행합니다.
asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId)를 사용하여 스토리지에 userId를 설정합니다.
비동기 작업(fetchData, transformData, logData) 내에서 asyncLocalStorage.getStore().get('userId')를 사용하여 userId를 검색할 수 있습니다.

AsyncLocalStorage의 사용 사례

AsyncLocalStorage는 다음과 같은 시나리오에서 특히 유용합니다.

1. 요청 추적

분산 시스템에서 성능을 모니터링하고 병목 현상을 식별하려면 여러 서비스에서 요청을 추적하는 것이 중요합니다. AsyncLocalStorage를 사용하여 서비스 경계를 넘어 전파되는 고유한 요청 ID를 저장할 수 있습니다. 이를 통해 서로 다른 서비스의 로그와 메트릭을 상호 연관시켜 요청 여정에 대한 포괄적인 보기를 제공할 수 있습니다. 예를 들어 사용자 요청이 API 게이트웨이, 인증 서비스 및 데이터 처리 서비스를 거치는 마이크로 서비스 아키텍처를 고려해 보십시오. AsyncLocalStorage를 사용하면 API 게이트웨이에서 고유한 요청 ID를 생성하고 요청 처리에 관련된 모든 후속 서비스로 자동 전파할 수 있습니다.

2. 로깅 컨텍스트

이벤트를 로깅할 때 사용자 ID, 요청 ID 또는 세션 ID와 같은 컨텍스트 정보를 포함하는 것이 유용한 경우가 많습니다. AsyncLocalStorage를 사용하여 이 정보를 로그 메시지에 자동으로 포함하여 문제를 더 쉽게 디버깅하고 분석할 수 있습니다. 애플리케이션 내에서 사용자 활동을 추적해야 하는 시나리오를 상상해 보십시오. AsyncLocalStorage에 사용자 ID를 저장하면 해당 사용자 세션과 관련된 모든 로그 메시지에 자동으로 포함하여 사용자 행동과 발생할 수 있는 잠재적인 문제에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

3. 인증 및 권한 부여

AsyncLocalStorage를 사용하여 사용자의 역할 및 권한과 같은 인증 및 권한 부여 정보를 저장할 수 있습니다. 이를 통해 모든 함수에 사용자 자격 증명을 명시적으로 전달하지 않고도 애플리케이션 전체에서 액세스 제어 정책을 적용할 수 있습니다. 서로 다른 사용자가 서로 다른 액세스 수준(예: 관리자, 일반 고객)을 갖는 전자 상거래 애플리케이션을 고려해 보십시오. AsyncLocalStorage에 사용자 역할을 저장하면 특정 작업을 수행하도록 허용하기 전에 해당 권한을 쉽게 확인할 수 있으므로 권한이 있는 사용자만 중요한 데이터 또는 기능에 액세스할 수 있습니다.

4. 데이터베이스 트랜잭션

데이터베이스로 작업할 때 여러 비동기 작업에서 트랜잭션을 관리해야 하는 경우가 많습니다. AsyncLocalStorage를 사용하여 데이터베이스 연결 또는 트랜잭션 객체를 저장하여 동일한 요청 내의 모든 작업이 동일한 트랜잭션 내에서 실행되도록 할 수 있습니다. 예를 들어 사용자가 주문을 하는 경우 여러 테이블(예: orders, order_items, inventory)을 업데이트해야 할 수 있습니다. AsyncLocalStorage에 데이터베이스 트랜잭션 객체를 저장하면 이러한 모든 업데이트가 단일 트랜잭션 내에서 수행되어 원자성 및 일관성을 보장할 수 있습니다.

5. 다중 테넌시

다중 테넌트 애플리케이션에서는 각 테넌트에 대한 데이터와 리소스를 격리하는 것이 필수적입니다. AsyncLocalStorage를 사용하여 테넌트 ID를 저장하여 현재 테넌트를 기반으로 요청을 적절한 데이터 저장소 또는 리소스로 동적으로 라우팅할 수 있습니다. 여러 조직에서 동일한 애플리케이션 인스턴스를 사용하는 SaaS 플랫폼을 상상해 보십시오. AsyncLocalStorage에 테넌트 ID를 저장하면 각 조직의 데이터가 분리되고 자체 리소스에만 액세스할 수 있습니다.

AsyncLocalStorage 사용을 위한 모범 사례

AsyncLocalStorage는 강력한 도구이지만 잠재적인 성능 문제를 방지하고 코드 명확성을 유지하려면 신중하게 사용하는 것이 중요합니다. 다음은 염두에 두어야 할 몇 가지 모범 사례입니다.

1. 데이터 스토리지 최소화

AsyncLocalStorage에 절대적으로 필요한 데이터만 저장합니다. 많은 양의 데이터를 저장하면 특히 동시성이 높은 환경에서 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 전체 사용자 객체를 저장하는 대신 사용자 ID만 저장하고 필요할 때 캐시 또는 데이터베이스에서 사용자 객체를 검색하는 것을 고려해 보십시오.

2. 과도한 컨텍스트 전환 방지

잦은 컨텍스트 전환은 성능에 영향을 미칠 수도 있습니다. AsyncLocalStorage에서 값을 설정하고 검색하는 횟수를 최소화합니다. 스토리지 컨텍스트에 액세스하는 오버헤드를 줄이기 위해 함수 내에서 자주 액세스하는 값을 로컬로 캐시합니다. 예를 들어 함수 내에서 사용자 ID에 여러 번 액세스해야 하는 경우 AsyncLocalStorage에서 한 번 검색하여 후속 사용을 위해 로컬 변수에 저장합니다.

3. 명확하고 일관된 명명 규칙 사용

AsyncLocalStorage에 저장하는 키에 대해 명확하고 일관된 명명 규칙을 사용합니다. 이렇게 하면 코드 가독성과 유지 관리성이 향상됩니다. 예를 들어 request.id 또는 user.id와 같이 특정 기능 또는 도메인과 관련된 모든 키에 대해 일관된 접두사를 사용합니다.

4. 사용 후 정리

AsyncLocalStorage는 비동기 작업이 완료되면 스토리지 컨텍스트를 자동으로 정리하지만 더 이상 필요하지 않을 때 스토리지 컨텍스트를 명시적으로 정리하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 메모리 누수를 방지하고 성능을 향상시킬 수 있습니다. exit 메서드를 사용하여 컨텍스트를 명시적으로 정리할 수 있습니다.

5. 성능 영향 고려

특히 동시성이 높은 환경에서 AsyncLocalStorage를 사용하는 데 따른 성능 영향을 인식하십시오. 코드를 벤치마킹하여 성능 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오. 애플리케이션을 프로파일링하여 컨텍스트 관리와 관련된 잠재적인 병목 현상을 식별합니다. AsyncLocalStorage가 허용할 수 없는 성능 오버헤드를 발생시키는 경우 명시적 컨텍스트 전달과 같은 대체 접근 방식을 고려하십시오.

6. 라이브러리에서 주의해서 사용

일반적으로 사용하려는 라이브러리에서 AsyncLocalStorage를 직접 사용하지 마십시오. 라이브러리는 사용되는 컨텍스트에 대해 가정해서는 안 됩니다. 대신 사용자가 컨텍스트 정보를 명시적으로 전달할 수 있는 옵션을 제공하십시오. 이렇게 하면 사용자가 애플리케이션에서 컨텍스트를 관리하는 방법을 제어하고 잠재적인 충돌이나 예기치 않은 동작을 방지할 수 있습니다.

AsyncLocalStorage에 대한 대안

AsyncLocalStorage는 편리하고 강력한 도구이지만 모든 시나리오에 가장 적합한 솔루션은 아닙니다. 고려해야 할 몇 가지 대안은 다음과 같습니다.

1. 명시적 컨텍스트 전달

가장 간단한 접근 방식은 컨텍스트 정보를 함수에 대한 인수로 명시적으로 전달하는 것입니다. 이 접근 방식은 간단하고 이해하기 쉽지만 코드의 복잡성이 증가함에 따라 번거로워질 수 있습니다. 명시적 컨텍스트 전달은 컨텍스트가 비교적 작고 코드가 깊게 중첩되지 않은 간단한 시나리오에 적합합니다. 그러나 더 복잡한 시나리오의 경우 읽고 유지 관리하기 어려운 코드로 이어질 수 있습니다.

2. 컨텍스트 객체

개별 변수를 전달하는 대신 모든 컨텍스트 정보를 캡슐화하는 컨텍스트 객체를 만들 수 있습니다. 이렇게 하면 함수 서명을 단순화하고 코드를 더 읽기 쉽게 만들 수 있습니다. 컨텍스트 객체는 명시적 컨텍스트 전달과 AsyncLocalStorage 간의 좋은 절충안입니다. 관련 컨텍스트 정보를 함께 그룹화하는 방법을 제공하여 코드를 더 체계적이고 이해하기 쉽게 만듭니다. 그러나 여전히 각 함수에 컨텍스트 객체를 명시적으로 전달해야 합니다.

3. 비동기 후크(진단용)

Node.js의 async_hooks 모듈은 비동기 작업을 추적하기 위한 보다 일반적인 메커니즘을 제공합니다. AsyncLocalStorage보다 사용하기가 더 복잡하지만 더 큰 유연성과 제어력을 제공합니다. async_hooks는 주로 진단 및 디버깅 목적으로 사용됩니다. 이를 통해 비동기 작업의 수명 주기를 추적하고 실행에 대한 정보를 수집할 수 있습니다. 그러나 잠재적인 성능 오버헤드로 인해 범용 컨텍스트 관리에는 권장되지 않습니다.

4. 진단 컨텍스트(OpenTelemetry)

OpenTelemetry는 추적, 메트릭 및 로그를 포함한 원격 측정 데이터를 수집하고 내보내기 위한 표준화된 API를 제공합니다. 진단 컨텍스트 기능은 분산 시스템에서 컨텍스트 전파를 관리하기 위한 고급적이고 강력한 솔루션을 제공합니다. OpenTelemetry와 통합하면 다양한 서비스 및 플랫폼에서 컨텍스트 일관성을 보장하는 벤더 중립적인 방법을 제공합니다. 이는 컨텍스트를 서비스 경계를 넘어 전파해야 하는 복잡한 마이크로 서비스 아키텍처에서 특히 유용합니다.

실제 예

AsyncLocalStorage를 다양한 시나리오에서 사용할 수 있는 실제 예를 살펴보겠습니다.

1. 전자 상거래 애플리케이션: 요청 추적

전자 상거래 애플리케이션에서 AsyncLocalStorage를 사용하여 제품 카탈로그, 쇼핑 카트 및 결제 게이트웨이와 같은 여러 서비스에서 사용자 요청을 추적할 수 있습니다. 이를 통해 각 서비스의 성능을 모니터링하고 사용자 경험에 영향을 미칠 수 있는 병목 현상을 식별할 수 있습니다.


// API 게이트웨이에서
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    res.setHeader('X-Request-Id', requestId);
    next();
  });
});

// 제품 카탈로그 서비스에서
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // 다른 세부 정보와 함께 요청 ID를 기록합니다.
  logger.info(`[${requestId}] 제품 ID: ${productId}에 대한 제품 세부 정보 가져오는 중`);
  // ... 제품 세부 정보 가져오기
}

2. SaaS 플랫폼: 다중 테넌시

SaaS 플랫폼에서 AsyncLocalStorage를 사용하여 테넌트 ID를 저장하고 현재 테넌트를 기반으로 요청을 적절한 데이터 저장소 또는 리소스로 동적으로 라우팅할 수 있습니다. 이렇게 하면 각 테넌트의 데이터가 분리되고 자체 리소스에만 액세스할 수 있습니다.


// 요청에서 테넌트 ID를 추출하는 미들웨어
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// 특정 테넌트에 대한 데이터를 가져오는 함수
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. 마이크로 서비스 아키텍처: 로깅 컨텍스트

마이크로 서비스 아키텍처에서 AsyncLocalStorage를 사용하여 사용자 ID를 저장하고 여러 서비스의 로그 메시지에 자동으로 포함할 수 있습니다. 이렇게 하면 특정 사용자에게 영향을 미칠 수 있는 문제를 더 쉽게 디버깅하고 분석할 수 있습니다.


// 인증 서비스에서
app.use((req, res, next) => {
  const userId = req.user.id;
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    next();
  });
});

// 데이터 처리 서비스에서
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[사용자 ID: ${userId}] 데이터 처리 중: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... 데이터 처리
}

결론

AsyncLocalStorage는 비동기 JavaScript 환경에서 요청 범위 변수를 관리하기 위한 유용한 도구입니다. 비동기 작업 전반에서 컨텍스트 관리를 단순화하여 코드를 더 읽기 쉽고, 유지 관리하기 쉽고, 안전하게 만듭니다. 사용 사례, 모범 사례 및 대안을 이해하면 AsyncLocalStorage를 효과적으로 활용하여 강력하고 확장 가능한 애플리케이션을 구축할 수 있습니다. 그러나 성능 영향을 신중하게 고려하고 잠재적인 문제를 방지하기 위해 신중하게 사용하는 것이 중요합니다. AsyncLocalStorage를 사려 깊게 활용하여 비동기 JavaScript 개발 방식을 개선하십시오.

명확한 예, 실용적인 조언 및 포괄적인 개요를 통합하여 이 가이드는 전 세계 개발자에게 JavaScript 애플리케이션에서 AsyncLocalStorage를 사용하여 비동기 컨텍스트를 효과적으로 관리하는 지식을 제공하는 것을 목표로 합니다. 특정 요구 사항에 가장 적합한 솔루션을 보장하기 위해 성능 영향 및 대안을 고려하는 것을 잊지 마십시오.