JavaScript Async Local Storage: 비동기 환경에서의 컨텍스트 관리 마스터하기

현대 자바스크립트에서 비동기 프로그래밍은, 특히 서버사이드 애플리케이션을 위한 Node.js와 점점 더 브라우저에서, 근간을 이룹니다. 그러나 비동기 작업 전반에 걸쳐 요청, 사용자 세션 또는 트랜잭션과 같은 특정 데이터를 관리하는 컨텍스트는 어려울 수 있습니다. 함수 호출을 통해 데이터를 전달하는 것과 같은 표준 기술은 특히 복잡한 애플리케이션에서 번거롭고 오류가 발생하기 쉽습니다. 바로 여기서 Async Local Storage(ALS)가 강력한 해결책으로 등장합니다.

Async Local Storage(ALS)란 무엇인가?

Async Local Storage(ALS)는 특정 비동기 작업에 로컬인 데이터를 저장하는 방법을 제공합니다. 다른 프로그래밍 언어의 스레드 로컬 스토리지와 같다고 생각할 수 있지만, 자바스크립트의 단일 스레드, 이벤트 기반 모델에 맞춰져 있습니다. ALS를 사용하면 데이터를 현재 비동기 실행 컨텍스트와 연관시킬 수 있어, 명시적으로 인수로 전달하지 않고도 전체 비동기 호출 체인에서 접근할 수 있습니다.

본질적으로 ALS는 동일한 컨텍스트 내에서 시작된 비동기 작업을 통해 자동으로 전파되는 저장 공간을 만듭니다. 이는 컨텍스트 관리를 단순화하고 비동기 경계를 넘어 상태를 유지하는 데 필요한 보일러플레이트 코드를 크게 줄여줍니다.

Async Local Storage를 사용하는 이유

ALS는 비동기 자바스크립트 개발에서 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

• 간소화된 컨텍스트 관리: 여러 함수 호출을 통해 컨텍스트 변수를 전달하는 것을 피하여 코드의 복잡성을 줄이고 가독성을 향상시킵니다.
• 향상된 디버깅: 비동기 호출 스택 전체에서 요청별 데이터를 쉽게 추적하여 디버깅 및 문제 해결을 용이하게 합니다.
• 보일러플레이트 감소: 컨텍스트를 수동으로 전파할 필요가 없어져 더 깨끗하고 유지 관리하기 쉬운 코드를 작성할 수 있습니다.
• 성능 향상: 컨텍스트 전파가 자동으로 처리되어 수동 컨텍스트 전달과 관련된 성능 오버헤드를 최소화합니다.
• 중앙화된 컨텍스트 접근: 컨텍스트 데이터에 접근할 수 있는 단일하고 잘 정의된 위치를 제공하여 접근 및 수정을 단순화합니다.

Async Local Storage 사용 사례

ALS는 비동기 작업 전반에 걸쳐 요청별 데이터를 추적해야 하는 시나리오에서 특히 유용합니다. 다음은 몇 가지 일반적인 사용 사례입니다:

1. 웹 서버에서의 요청 추적

웹 서버에서 각 들어오는 요청은 별도의 비동기 컨텍스트로 처리될 수 있습니다. ALS는 요청 ID, 사용자 ID, 인증 토큰 및 기타 관련 데이터와 같은 요청별 정보를 저장하는 데 사용될 수 있습니다. 이를 통해 미들웨어, 컨트롤러 및 데이터베이스 쿼리를 포함하여 요청을 처리하는 애플리케이션의 모든 부분에서 이 정보에 쉽게 접근할 수 있습니다.

예시 (Node.js와 Express):

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(`요청 ${requestId} 시작됨`);
    next();
  });
});

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

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

이 예제에서는 들어오는 각 요청에 고유한 요청 ID가 할당되어 Async Local Storage에 저장됩니다. 이 ID는 요청 핸들러의 어느 부분에서나 접근할 수 있어 수명 주기 동안 요청을 추적할 수 있습니다.

2. 사용자 세션 관리

ALS는 사용자 세션을 관리하는 데에도 사용할 수 있습니다. 사용자가 로그인하면 사용자의 세션 데이터(예: 사용자 ID, 역할, 권한)를 ALS에 저장할 수 있습니다. 이를 통해 인수로 전달할 필요 없이 애플리케이션의 어느 부분에서나 사용자의 세션 데이터에 쉽게 접근할 수 있습니다.

예시:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // 인증 시뮬레이션
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('사용자 인증 완료, 세션이 ALS에 저장됨');
      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(`비동기 작업: 사용자 ID: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('비동기 작업: 사용자 세션을 찾을 수 없음');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

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

main();

이 예제에서는 성공적인 인증 후 사용자 세션이 ALS에 저장됩니다. 그러면 `someAsyncOperation` 함수는 이 세션 데이터가 명시적으로 인수로 전달될 필요 없이 접근할 수 있습니다.

3. 트랜잭션 관리

데이터베이스 트랜잭션에서 ALS는 트랜잭션 객체를 저장하는 데 사용될 수 있습니다. 이를 통해 트랜잭션에 참여하는 애플리케이션의 어느 부분에서나 트랜잭션 객체에 접근할 수 있어 모든 작업이 동일한 트랜잭션 범위 내에서 수행되도록 보장합니다.

4. 로깅 및 감사

ALS는 로깅 및 감사 목적을 위해 컨텍스트별 정보를 저장하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어 사용자 ID, 요청 ID 및 타임스탬프를 ALS에 저장한 다음 이 정보를 로그 메시지에 포함시킬 수 있습니다. 이를 통해 사용자 활동을 더 쉽게 추적하고 잠재적인 보안 문제를 식별할 수 있습니다.

Async Local Storage 사용 방법

Async Local Storage를 사용하는 데는 세 가지 주요 단계가 포함됩니다:

1. AsyncLocalStorage 인스턴스 생성: `AsyncLocalStorage` 클래스의 인스턴스를 생성합니다.
2. 컨텍스트 내에서 코드 실행: `run()` 메서드를 사용하여 특정 컨텍스트 내에서 코드를 실행합니다. `run()` 메서드는 스토어(일반적으로 Map 또는 객체)와 콜백 함수, 두 가지 인수를 받습니다. 이 스토어는 콜백 함수 내에서 시작된 모든 비동기 작업에서 사용할 수 있습니다.
3. 스토어에 접근: `getStore()` 메서드를 사용하여 비동기 컨텍스트 내에서 스토어에 접근합니다.

예시:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

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

main();

AsyncLocalStorage API

`AsyncLocalStorage` 클래스는 다음 메서드를 제공합니다:

• constructor(): 새로운 AsyncLocalStorage 인스턴스를 생성합니다.
• run(store, callback, ...args): 주어진 스토어를 사용할 수 있는 컨텍스트 내에서 제공된 콜백 함수를 실행합니다. 스토어는 일반적으로 `Map` 또는 일반 자바스크립트 객체입니다. 콜백 내에서 시작된 모든 비동기 작업은 이 컨텍스트를 상속받습니다. 추가 인수를 콜백 함수에 전달할 수 있습니다.
• getStore(): 현재 비동기 컨텍스트의 현재 스토어를 반환합니다. 현재 컨텍스트와 연관된 스토어가 없으면 `undefined`를 반환합니다.
• disable(): AsyncLocalStorage 인스턴스를 비활성화합니다. 비활성화되면 `run()` 및 `getStore()`는 더 이상 작동하지 않습니다.

고려사항 및 모범 사례

ALS는 강력한 도구이지만 신중하게 사용하는 것이 중요합니다. 다음은 몇 가지 고려사항 및 모범 사례입니다:

• 과용 방지: 모든 것에 ALS를 사용하지 마십시오. 비동기 경계를 넘어 컨텍스트를 추적해야 할 때만 사용하십시오. 컨텍스트가 비동기 호출을 통해 전파될 필요가 없다면 일반 변수와 같은 더 간단한 해결책을 고려하십시오.
• 성능: ALS는 일반적으로 효율적이지만 과도하게 사용하면 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 필요에 따라 코드를 측정하고 최적화하십시오. ALS에 넣는 스토어의 크기에 유의하십시오. 큰 객체는 특히 많은 비동기 작업이 시작될 때 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
• 컨텍스트 관리: 스토어의 수명 주기를 올바르게 관리해야 합니다. 각 요청 또는 세션에 대해 새 스토어를 만들고 더 이상 필요하지 않을 때 스토어를 정리하십시오. ALS 자체가 범위 관리에 도움이 되지만, 스토어 *내의* 데이터는 여전히 적절한 처리와 가비지 컬렉션이 필요합니다.
• 오류 처리: 오류 처리에 유의하십시오. 비동기 작업 내에서 오류가 발생하면 컨텍스트가 손실될 수 있습니다. try-catch 블록을 사용하여 오류를 처리하고 컨텍스트가 올바르게 유지되도록 하십시오.
• 디버깅: ALS 기반 애플리케이션을 디버깅하는 것은 어려울 수 있습니다. 디버깅 도구와 로깅을 사용하여 실행 흐름을 추적하고 잠재적인 문제를 식별하십시오.
• 호환성: ALS는 Node.js 버전 14.5.0 이상에서 사용할 수 있습니다. 사용하기 전에 환경이 ALS를 지원하는지 확인하십시오. 이전 버전의 Node.js의 경우 continuation-local storage(CLS)와 같은 대안을 고려할 수 있지만, 이들은 다른 성능 특성과 API를 가질 수 있습니다.

Async Local Storage의 대안

ALS가 도입되기 전, 개발자들은 비동기 자바스크립트에서 컨텍스트를 관리하기 위해 다른 기술에 의존하는 경우가 많았습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 대안입니다:

• 명시적 컨텍스트 전달: 호출 체인의 모든 함수에 컨텍스트 변수를 인수로 전달하는 방식입니다. 이 접근 방식은 간단하지만 복잡한 애플리케이션에서는 지루하고 오류가 발생하기 쉽습니다. 또한 컨텍스트 데이터를 변경하면 많은 함수의 시그니처를 수정해야 하므로 리팩토링이 더 어려워집니다.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS는 ALS와 유사한 기능을 제공하지만 다른 메커니즘을 기반으로 합니다. CLS는 몽키 패칭을 사용하여 비동기 작업을 가로채고 컨텍스트를 전파합니다. 이 접근 방식은 더 복잡할 수 있으며 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 라이브러리 및 프레임워크: 일부 라이브러리와 프레임워크는 자체 컨텍스트 관리 메커니즘을 제공합니다. 예를 들어, Express.js는 요청별 데이터를 관리하기 위한 미들웨어를 제공합니다.

이러한 대안이 특정 상황에서는 유용할 수 있지만, ALS는 비동기 자바스크립트에서 컨텍스트를 관리하기 위한 더 우아하고 효율적인 솔루션을 제공합니다.

결론

Async Local Storage(ALS)는 비동기 자바스크립트 애플리케이션에서 컨텍스트를 관리하기 위한 강력한 도구입니다. 특정 비동기 작업에 로컬인 데이터를 저장하는 방법을 제공함으로써 ALS는 컨텍스트 관리를 단순화하고 디버깅을 개선하며 보일러플레이트 코드를 줄여줍니다. 웹 서버를 구축하든, 사용자 세션을 관리하든, 데이터베이스 트랜잭션을 처리하든, ALS는 더 깨끗하고 유지 관리하기 쉬우며 효율적인 코드를 작성하는 데 도움이 될 수 있습니다.

비동기 프로그래밍은 자바스크립트에서 점점 더 보편화되고 있으며, ALS와 같은 도구를 이해하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 개발자는 올바른 사용법과 한계를 이해함으로써 전 세계의 다양한 사용자 요구에 맞춰 확장하고 적응할 수 있는 더 강력하고 관리하기 쉬운 애플리케이션을 만들 수 있습니다. 프로젝트에서 ALS를 실험해보고 그것이 어떻게 비동기 워크플로우를 단순화하고 전반적인 애플리케이션 아키텍처를 개선할 수 있는지 알아보십시오.

추가 자료

• Node.js AsyncLocalStorage 문서
• async-local-storage npm 패키지 (이전 Node.js 버전용)
• Node.js의 Async Local Storage - YouTube