JavaScript 비동기 컨텍스트: 요청 범위 변수 관리 마스터하기

비동기 프로그래밍은 현대 자바스크립트 개발, 특히 Node.js와 같은 환경에서 핵심적인 요소입니다. 하지만 비동기 작업 전반에 걸쳐 컨텍스트와 요청 범위 변수를 관리하는 것은 어려울 수 있습니다. 전통적인 접근 방식은 종종 복잡한 코드를 야기하고 데이터 손상의 가능성을 내포합니다. 이 글에서는 자바스크립트의 비동기 컨텍스트 기능, 특히 AsyncLocalStorage에 초점을 맞춰, 강력하고 확장 가능한 애플리케이션을 구축하기 위해 요청 범위 변수 관리를 어떻게 단순화하는지 탐구합니다.

비동기 컨텍스트의 어려움 이해하기

동기 프로그래밍에서는 함수 범위 내에서 변수를 관리하는 것이 간단합니다. 각 함수는 고유한 실행 컨텍스트를 가지며, 해당 컨텍스트 내에 선언된 변수는 격리됩니다. 그러나 비동기 작업은 선형적으로 실행되지 않기 때문에 복잡성을 야기합니다. 콜백, 프로미스, async/await는 특정 요청이나 작업과 관련된 변수를 유지하고 접근하기 어렵게 만드는 새로운 실행 컨텍스트를 도입합니다.

요청 핸들러 실행 전반에 걸쳐 고유한 요청 ID를 추적해야 하는 시나리오를 생각해 보세요. 적절한 메커니즘이 없다면, 요청 처리에 관련된 모든 함수에 요청 ID를 인수로 전달하는 방식에 의존하게 될 수 있습니다. 이 접근 방식은 번거롭고 오류가 발생하기 쉬우며 코드를 긴밀하게 결합시킵니다.

컨텍스트 전파의 문제점

• 코드 복잡성 증가: 여러 함수 호출을 통해 컨텍스트 변수를 전달하면 코드의 복잡성이 크게 증가하고 가독성이 떨어집니다.
• 강한 결합: 함수들이 특정 컨텍스트 변수에 의존하게 되어 재사용성이 떨어지고 테스트하기 어려워집니다.
• 오류 발생 가능성: 컨텍스트 변수 전달을 잊거나 잘못된 값을 전달하면 예측할 수 없는 동작과 디버깅하기 어려운 문제로 이어질 수 있습니다.
• 유지보수 오버헤드: 컨텍스트 변수를 변경하려면 코드베이스의 여러 부분을 수정해야 합니다.

이러한 문제들은 비동기 자바스크립트 환경에서 요청 범위 변수를 관리하기 위한 더 우아하고 견고한 해결책의 필요성을 강조합니다.

AsyncLocalStorage 소개: 비동기 컨텍스트를 위한 해결책

Node.js v14.5.0에 도입된 AsyncLocalStorage는 비동기 작업의 수명 주기 동안 데이터를 저장하는 메커니즘을 제공합니다. 이는 본질적으로 비동기 경계를 넘어 지속되는 컨텍스트를 생성하여, 특정 요청이나 작업에 특화된 변수를 명시적으로 전달하지 않고도 접근하고 수정할 수 있게 해줍니다.

AsyncLocalStorage는 실행 컨텍스트별로 작동합니다. 각 비동기 작업(예: 요청 핸들러)은 자신만의 격리된 저장소를 가집니다. 이를 통해 한 요청과 관련된 데이터가 다른 요청으로 우연히 유출되는 것을 방지하여 데이터 무결성과 격리를 유지합니다.

AsyncLocalStorage 작동 방식

AsyncLocalStorage 클래스는 다음과 같은 주요 메서드를 제공합니다:

• getStore(): 현재 실행 컨텍스트와 연관된 현재 저장소를 반환합니다. 저장소가 없으면 undefined를 반환합니다.
• run(store, callback, ...args): 제공된 callback을 새로운 비동기 컨텍스트 내에서 실행합니다. store 인수는 컨텍스트의 저장소를 초기화합니다. 콜백에 의해 트리거된 모든 비동기 작업은 이 저장소에 접근할 수 있습니다.
• enterWith(store): 제공된 store의 컨텍스트로 들어갑니다. 이는 특정 코드 블록에 대해 컨텍스트를 명시적으로 설정해야 할 때 유용합니다.
• disable(): AsyncLocalStorage 인스턴스를 비활성화합니다. 비활성화 후 저장소에 접근하면 오류가 발생합니다.

저장소 자체는 관리하려는 컨텍스트 변수를 담는 간단한 자바스크립트 객체(또는 선택한 모든 데이터 타입)입니다. 요청 ID, 사용자 정보 또는 현재 작업과 관련된 기타 모든 데이터를 저장할 수 있습니다.

AsyncLocalStorage 실제 활용 예제

몇 가지 실용적인 예제를 통해 AsyncLocalStorage의 사용법을 설명하겠습니다.

예제 1: 웹 서버에서 요청 ID 추적하기

Express.js를 사용하는 Node.js 웹 서버를 생각해 보세요. 들어오는 각 요청에 대해 고유한 요청 ID를 자동으로 생성하고 추적하고 싶습니다. 이 ID는 로깅, 추적 및 디버깅에 사용될 수 있습니다.

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(`ID와 함께 요청 수신: ${requestId}`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`ID로 요청 처리 중: ${requestId}`);
  res.send(`안녕하세요, 요청 ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('서버가 3000번 포트에서 수신 대기 중입니다');
});

이 예제에서는:

• AsyncLocalStorage 인스턴스를 생성합니다.
• Express 미들웨어를 사용하여 들어오는 각 요청을 가로챕니다.
• 미들웨어 내에서 uuidv4()를 사용하여 고유한 요청 ID를 생성합니다.
• asyncLocalStorage.run()을 호출하여 새로운 비동기 컨텍스트를 생성합니다. 컨텍스트 변수를 담을 Map으로 저장소를 초기화합니다.
• run() 콜백 내부에서 asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId)를 사용하여 저장소에 requestId를 설정합니다.
• 그런 다음 next()를 호출하여 제어를 다음 미들웨어나 라우트 핸들러로 넘깁니다.
• 라우트 핸들러(app.get('/'))에서 asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')를 사용하여 저장소에서 requestId를 검색합니다.

이제 요청 핸들러 내에서 얼마나 많은 비동기 작업이 트리거되든 상관없이 항상 asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')를 사용하여 요청 ID에 접근할 수 있습니다.

예제 2: 사용자 인증 및 인가

또 다른 일반적인 사용 사례는 사용자 인증 및 인가 정보 관리입니다. 사용자를 인증하고 사용자 ID를 검색하는 미들웨어가 있다고 가정해 보세요. AsyncLocalStorage에 사용자 ID를 저장하여 후속 미들웨어 및 라우트 핸들러에서 사용할 수 있도록 할 수 있습니다.

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

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

// 인증 미들웨어 (예제)
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // 사용자 인증 시뮬레이션 (실제 로직으로 대체하세요)
  const userId = req.headers['x-user-id'] || 'guest'; // 헤더에서 사용자 ID 가져오기

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    console.log(`ID로 사용자 인증됨: ${userId}`);
    next();
  });
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/profile', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`사용자 ID 프로필 접근 중: ${userId}`);
  res.send(`사용자 ID 프로필: ${userId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('서버가 3000번 포트에서 수신 대기 중입니다');
});

이 예제에서 authenticateUser 미들웨어는 사용자 ID를 검색하고(여기서는 헤더를 읽어 시뮬레이션) AsyncLocalStorage에 저장합니다. 그러면 /profile 라우트 핸들러는 명시적인 매개변수로 받지 않고도 사용자 ID에 접근할 수 있습니다.

예제 3: 데이터베이스 트랜잭션 관리

데이터베이스 트랜잭션과 관련된 시나리오에서 AsyncLocalStorage는 트랜잭션 컨텍스트를 관리하는 데 사용될 수 있습니다. 데이터베이스 연결 또는 트랜잭션 객체를 AsyncLocalStorage에 저장하여 특정 요청 내의 모든 데이터베이스 작업이 동일한 트랜잭션을 사용하도록 보장할 수 있습니다.

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

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

// 데이터베이스 연결 시뮬레이션
const db = {
  query: (sql, callback) => {
    const transactionId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('transactionId') || '트랜잭션 없음';
    console.log(`SQL 실행 중: ${sql} (트랜잭션: ${transactionId})`);
    // 데이터베이스 쿼리 실행 시뮬레이션
    setTimeout(() => {
      callback(null, { success: true });
    }, 50);
  },
};

// 트랜잭션을 시작하는 미들웨어
const startTransaction = (req, res, next) => {
  const transactionId = Math.random().toString(36).substring(2, 15); // 임의의 트랜잭션 ID 생성

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('transactionId', transactionId);
    console.log(`트랜잭션 시작: ${transactionId}`);
    next();
  });
};

app.use(startTransaction);

app.get('/data', (req, res) => {
  db.query('SELECT * FROM data', (err, result) => {
    if (err) {
      return res.status(500).send('데이터 조회 오류');
    }
    res.send('데이터를 성공적으로 검색했습니다');
  });
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('서버가 3000번 포트에서 수신 대기 중입니다');
});

이 단순화된 예제에서는:

• startTransaction 미들웨어가 트랜잭션 ID를 생성하고 AsyncLocalStorage에 저장합니다.
• 시뮬레이션된 db.query 함수는 저장소에서 트랜잭션 ID를 검색하여 로그에 기록함으로써 비동기 데이터베이스 작업 내에서 트랜잭션 컨텍스트를 사용할 수 있음을 보여줍니다.

고급 사용법 및 고려 사항

미들웨어와 컨텍스트 전파

AsyncLocalStorage는 미들웨어 체인에서 특히 유용합니다. 각 미들웨어는 공유 컨텍스트에 접근하고 수정할 수 있어 복잡한 처리 파이프라인을 쉽게 구축할 수 있습니다.

미들웨어 함수가 컨텍스트를 적절히 전파하도록 설계되었는지 확인하세요. asyncLocalStorage.run() 또는 asyncLocalStorage.enterWith()를 사용하여 비동기 작업을 감싸고 컨텍스트 흐름을 유지하세요.

오류 처리 및 정리

AsyncLocalStorage를 사용할 때는 적절한 오류 처리가 중요합니다. 예외를 정상적으로 처리하고 컨텍스트와 관련된 모든 리소스를 정리하도록 하세요. 오류가 발생하더라도 리소스가 해제되도록 try...finally 블록을 사용하는 것을 고려하세요.

성능 고려 사항

AsyncLocalStorage는 컨텍스트를 관리하는 편리한 방법을 제공하지만 성능에 미치는 영향을 염두에 두는 것이 중요합니다. AsyncLocalStorage를 과도하게 사용하면 특히 처리량이 많은 애플리케이션에서 오버헤드가 발생할 수 있습니다. 코드를 프로파일링하여 잠재적인 병목 현상을 식별하고 그에 따라 최적화하세요.

AsyncLocalStorage에 대량의 데이터를 저장하지 마세요. 필요한 컨텍스트 변수만 저장하세요. 더 큰 객체를 저장해야 하는 경우 객체 자체 대신 객체에 대한 참조를 저장하는 것을 고려하세요.

AsyncLocalStorage의 대안

AsyncLocalStorage는 강력한 도구이지만 특정 요구 사항 및 프레임워크에 따라 비동기 컨텍스트를 관리하는 다른 접근 방식도 있습니다.

• 명시적 컨텍스트 전달: 앞에서 언급했듯이, 컨텍스트 변수를 함수에 인수로 명시적으로 전달하는 것은 덜 우아하지만 기본적인 접근 방식입니다.
• 컨텍스트 객체: 전용 컨텍스트 객체를 만들어 전달하면 개별 변수를 전달하는 것보다 가독성을 향상시킬 수 있습니다.
• 프레임워크별 솔루션: 많은 프레임워크가 자체 컨텍스트 관리 메커니즘을 제공합니다. 예를 들어, NestJS는 요청 범위 프로바이더를 제공합니다.

글로벌 관점 및 모범 사례

전역 컨텍스트에서 비동기 컨텍스트로 작업할 때 다음을 고려하세요:

• 시간대: 컨텍스트에서 날짜 및 시간 정보를 다룰 때 시간대를 유의하세요. 모호함을 피하기 위해 타임스탬프와 함께 시간대 정보를 저장하세요.
• 지역화: 애플리케이션이 여러 언어를 지원하는 경우, 콘텐츠가 올바른 언어로 표시되도록 사용자의 로케일을 컨텍스트에 저장하세요.
• 통화: 애플리케이션이 금융 거래를 처리하는 경우, 금액이 올바르게 표시되도록 사용자의 통화를 컨텍스트에 저장하세요.
• 데이터 형식: 다른 지역에서 사용되는 다양한 데이터 형식을 인지하세요. 예를 들어, 날짜 형식과 숫자 형식은 크게 다를 수 있습니다.

결론

AsyncLocalStorage는 비동기 자바스크립트 환경에서 요청 범위 변수를 관리하기 위한 강력하고 우아한 해결책을 제공합니다. 비동기 경계를 넘어 지속적인 컨텍스트를 생성함으로써 코드를 단순화하고 결합도를 낮추며 유지보수성을 향상시킵니다. 그 기능과 한계를 이해함으로써 AsyncLocalStorage를 활용하여 견고하고 확장 가능하며 전 세계적으로 인식되는 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.

비동기 컨텍스트를 마스터하는 것은 비동기 코드로 작업하는 모든 자바스크립트 개발자에게 필수적입니다. AsyncLocalStorage 및 기타 컨텍스트 관리 기술을 받아들여 더 깨끗하고 유지보수하기 쉬우며 신뢰할 수 있는 애플리케이션을 작성하세요.