자바스크립트 Async Local Storage: 요청 범위 컨텍스트 관리 마스터하기

비동기 자바스크립트의 세계에서, 다양한 작업에 걸쳐 컨텍스트를 관리하는 것은 복잡한 과제가 될 수 있습니다. 함수 호출을 통해 컨텍스트 객체를 전달하는 것과 같은 전통적인 방법들은 종종 장황하고 다루기 힘든 코드로 이어집니다. 다행히도, 자바스크립트 Async Local Storage (ALS)는 비동기 환경에서 요청 범위의 컨텍스트를 관리하기 위한 우아한 해결책을 제공합니다. 이 글에서는 ALS의 복잡성을 파헤치고, 그 이점, 구현 방법, 그리고 실제 사용 사례를 탐구합니다.

Async Local Storage란 무엇인가?

Async Local Storage (ALS)는 특정 비동기 실행 컨텍스트에 로컬인 데이터를 저장할 수 있게 해주는 메커니즘입니다. 이 컨텍스트는 일반적으로 요청이나 트랜잭션과 관련이 있습니다. Node.js와 같은 비동기 자바스크립트 환경을 위한 스레드-로컬 스토리지(thread-local storage)와 동등한 것을 만드는 방법이라고 생각하면 됩니다. (단일 스레드 자바스크립트에는 직접 적용되지 않는) 전통적인 스레드-로컬 스토리지와 달리, ALS는 비동기 프리미티브를 활용하여 인수로 명시적으로 전달하지 않고도 비동기 호출 전반에 컨텍스트를 전파합니다.

ALS의 핵심 아이디어는 주어진 비동기 작업(예: 웹 요청 처리) 내에서 해당 특정 작업과 관련된 데이터를 저장하고 검색할 수 있으며, 이를 통해 서로 다른 동시 비동기 작업 간의 격리를 보장하고 컨텍스트 오염을 방지한다는 것입니다.

왜 Async Local Storage를 사용해야 하는가?

최신 자바스크립트 애플리케이션에서 Async Local Storage를 채택하게 만드는 몇 가지 강력한 이유가 있습니다:

• 간소화된 컨텍스트 관리: 여러 함수 호출을 통해 컨텍스트 객체를 전달하는 것을 피하여 코드의 장황함을 줄이고 가독성을 향상시킵니다.
• 향상된 코드 유지보수성: 컨텍스트 관리 로직을 중앙 집중화하여 애플리케이션 컨텍스트를 수정하고 유지보수하기 더 쉽게 만듭니다.
• 개선된 디버깅 및 트레이싱: 애플리케이션의 다양한 계층을 통해 요청을 추적하기 위한 요청별 정보를 전파합니다.
• 미들웨어와의 원활한 통합: ALS는 Express.js와 같은 프레임워크의 미들웨어 패턴과 잘 통합되어 요청 생명주기의 초기에 컨텍스트를 캡처하고 전파할 수 있습니다.
• 보일러플레이트 코드 감소: 컨텍스트가 필요한 모든 함수에서 명시적으로 컨텍스트를 관리할 필요가 없어 더 깨끗하고 집중된 코드를 작성할 수 있습니다.

핵심 개념 및 API

Node.js (버전 13.10.0 이상)의 `async_hooks` 모듈을 통해 사용할 수 있는 Async Local Storage API는 다음과 같은 주요 구성 요소를 제공합니다:

• `AsyncLocalStorage` 클래스: 비동기 스토리지 인스턴스를 생성하고 관리하기 위한 핵심 클래스입니다.
• `run(store, callback, ...args)` 메서드: 특정 비동기 컨텍스트 내에서 함수를 실행합니다. `store` 인수는 컨텍스트와 연관된 데이터를 나타내고, `callback`은 실행될 함수입니다.
• `getStore()` 메서드: 현재 비동기 컨텍스트와 연관된 데이터를 검색합니다. 활성 컨텍스트가 없으면 `undefined`를 반환합니다.
• `enterWith(store)` 메서드: 제공된 스토어로 컨텍스트에 명시적으로 진입합니다. 코드를 따라가기 어렵게 만들 수 있으므로 주의해서 사용해야 합니다.
• `disable()` 메서드: AsyncLocalStorage 인스턴스를 비활성화합니다.

실용적인 예제 및 코드 스니펫

자바스크립트 애플리케이션에서 Async Local Storage를 사용하는 몇 가지 실용적인 예제를 살펴보겠습니다.

기본 사용법

이 예제는 비동기 컨텍스트 내에서 요청 ID를 저장하고 검색하는 간단한 시나리오를 보여줍니다.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // 비동기 작업 시뮬레이션
    setTimeout(() => {
      const currentContext = asyncLocalStorage.getStore();
      console.log(`요청 ID: ${currentContext.requestId}`);
      res.end(`요청 처리 ID: ${currentContext.requestId}`);
    }, 100);
  });
}

// 들어오는 요청 시뮬레이션
const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  processRequest(req, res);
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('3000번 포트에서 서버 대기 중');
});

Express.js 미들웨어와 함께 ALS 사용하기

이 예제는 ALS를 Express.js 미들웨어와 통합하여 요청별 정보를 캡처하고 요청 생명주기 전체에서 사용할 수 있도록 하는 방법을 보여줍니다.

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

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

// 요청 ID를 캡처하는 미들웨어
app.use((req, res, next) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    next();
  });
});

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

app.listen(3000, () => {
  console.log('3000번 포트에서 서버 대기 중');
});

고급 사용 사례: 분산 추적

ALS는 여러 서비스와 비동기 작업에 걸쳐 추적 ID를 전파해야 하는 분산 추적 시나리오에서 특히 유용할 수 있습니다. 이 예제는 ALS를 사용하여 추적 ID를 생성하고 전파하는 방법을 보여줍니다.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function generateTraceId() {
  return uuidv4();
}

function withTrace(callback) {
  const traceId = generateTraceId();
  asyncLocalStorage.run({ traceId }, callback);
}

function getTraceId() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  return store ? store.traceId : null;
}

// 사용 예제
withTrace(() => {
  const traceId = getTraceId();
  console.log(`추적 ID: ${traceId}`);

  // 비동기 작업 시뮬레이션
  setTimeout(() => {
    const nestedTraceId = getTraceId();
    console.log(`중첩된 추적 ID: ${nestedTraceId}`); // 동일한 추적 ID여야 합니다
  }, 50);
});

실제 사용 사례

Async Local Storage는 다양한 시나리오에 적용할 수 있는 다재다능한 도구입니다:

• 로깅: 요청 ID, 사용자 ID 또는 추적 ID와 같은 요청별 정보로 로그 메시지를 풍부하게 만듭니다.
• 인증 및 인가: 사용자 인증 컨텍스트를 저장하고 요청 생명주기 전체에서 접근합니다.
• 데이터베이스 트랜잭션: 데이터베이스 트랜잭션을 특정 요청과 연결하여 데이터 일관성과 격리를 보장합니다.
• 에러 처리: 요청별 에러 컨텍스트를 캡처하여 상세한 에러 보고 및 디버깅에 사용합니다.
• A/B 테스팅: 실험 할당을 저장하고 사용자 세션 전체에 일관되게 적용합니다.

고려사항 및 모범 사례

Async Local Storage는 상당한 이점을 제공하지만, 신중하게 사용하고 모범 사례를 준수하는 것이 중요합니다:

• 성능 오버헤드: ALS는 비동기 컨텍스트의 생성 및 관리로 인해 약간의 성능 오버헤드를 발생시킵니다. 애플리케이션에 미치는 영향을 측정하고 그에 따라 최적화하세요.
• 컨텍스트 오염: 메모리 누수 및 성능 저하를 방지하기 위해 ALS에 과도한 양의 데이터를 저장하지 마세요.
• 명시적 컨텍스트 관리: 어떤 경우에는, 특히 복잡하거나 깊이 중첩된 작업의 경우, 컨텍스트 객체를 명시적으로 전달하는 것이 더 적절할 수 있습니다.
• 프레임워크 통합: 로깅 및 트레이싱과 같은 일반적인 작업을 위해 ALS 지원을 제공하는 기존 프레임워크 통합 및 라이브러리를 활용하세요.
• 에러 처리: 컨텍스트 누수를 방지하고 ALS 컨텍스트가 올바르게 정리되도록 적절한 에러 처리를 구현하세요.

Async Local Storage의 대안

ALS는 강력한 도구이지만 모든 상황에 항상 최선의 선택은 아닙니다. 고려해볼 만한 몇 가지 대안은 다음과 같습니다:

• 명시적 컨텍스트 전달: 컨텍스트 객체를 인수로 전달하는 전통적인 접근 방식입니다. 이는 더 명시적이고 추론하기 쉬울 수 있지만, 장황한 코드로 이어질 수도 있습니다.
• 의존성 주입: 의존성 주입 프레임워크를 사용하여 컨텍스트와 의존성을 관리합니다. 이는 코드의 모듈성과 테스트 용이성을 향상시킬 수 있습니다.
• 컨텍스트 변수 (TC39 제안): 컨텍스트를 관리하는 더 표준화된 방법을 제공하는 제안된 ECMAScript 기능입니다. 아직 개발 중이며 널리 지원되지는 않습니다.
• 커스텀 컨텍스트 관리 솔루션: 특정 애플리케이션 요구 사항에 맞는 커스텀 컨텍스트 관리 솔루션을 개발합니다.

AsyncLocalStorage.enterWith() 메서드

enterWith() 메서드는 `run()`이 제공하는 자동 전파를 우회하여 ALS 컨텍스트를 설정하는 더 직접적인 방법입니다. 그러나 주의해서 사용해야 합니다. 일반적으로는 비동기 작업 전반에 걸쳐 컨텍스트 전파를 자동으로 처리하는 `run()`을 사용하여 컨텍스트를 관리하는 것이 권장됩니다. `enterWith()`는 신중하게 사용하지 않으면 예기치 않은 동작을 유발할 수 있습니다.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const store = { data: 'Some Data' };

// enterWith를 사용하여 스토어 설정
asyncLocalStorage.enterWith(store);

// 스토어에 접근 (enterWith 직후에 작동해야 함)
console.log(asyncLocalStorage.getStore());

// 컨텍스트를 자동으로 상속하지 않는 비동기 함수 실행
setTimeout(() => {
  // enterWith로 수동 설정했기 때문에 컨텍스트가 여기에서도 여전히 활성 상태입니다.
  console.log(asyncLocalStorage.getStore());
}, 1000);

// 컨텍스트를 제대로 지우려면 try...finally 블록이 필요합니다
// 이것이 왜 run()이 일반적으로 선호되는지 보여줍니다. run()은 정리를 자동으로 처리하기 때문입니다.

흔한 함정과 이를 피하는 방법

• `run()` 사용을 잊는 경우: AsyncLocalStorage를 초기화했지만 요청 처리 로직을 `asyncLocalStorage.run()`으로 감싸는 것을 잊으면, 컨텍스트가 제대로 전파되지 않아 `getStore()` 호출 시 `undefined` 값을 얻게 됩니다.
• Promise와의 부정확한 컨텍스트 전파: Promise를 사용할 때, `run()` 콜백 내에서 비동기 작업을 await하고 있는지 확인하세요. await하지 않으면 컨텍스트가 올바르게 전파되지 않을 수 있습니다.
• 메모리 누수: 컨텍스트가 제대로 정리되지 않으면 메모리 누수로 이어질 수 있으므로 AsyncLocalStorage 컨텍스트에 큰 객체를 저장하지 마세요.
• AsyncLocalStorage에 대한 과도한 의존: AsyncLocalStorage를 전역 상태 관리 솔루션으로 사용하지 마세요. 요청 범위의 컨텍스트 관리에 가장 적합합니다.

자바스크립트 컨텍스트 관리의 미래

자바스크립트 생태계는 끊임없이 진화하고 있으며, 컨텍스트 관리에 대한 새로운 접근 방식이 등장하고 있습니다. 제안된 컨텍스트 변수 기능(TC39 제안)은 컨텍스트 관리를 위한 더 표준화되고 언어 수준의 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다. 이러한 기능들이 성숙하고 더 널리 채택됨에 따라, 자바스크립트 애플리케이션에서 컨텍스트를 처리하는 훨씬 더 우아하고 효율적인 방법을 제공할 수 있습니다.

결론

자바스크립트 Async Local Storage는 비동기 환경에서 요청 범위 컨텍스트를 관리하기 위한 강력하고 우아한 솔루션을 제공합니다. 컨텍스트 관리를 단순화하고, 코드 유지보수성을 향상시키며, 디버깅 기능을 강화함으로써 ALS는 Node.js 애플리케이션의 개발 경험을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 핵심 개념을 이해하고, 모범 사례를 준수하며, 프로젝트에 ALS를 도입하기 전에 잠재적인 성능 오버헤드를 고려하는 것이 중요합니다. 자바스크립트 생태계가 계속 진화함에 따라, 컨텍스트 관리에 대한 새롭고 개선된 접근 방식이 등장하여 복잡한 비동기 시나리오를 처리하기 위한 훨씬 더 정교한 솔루션을 제공할 수 있습니다.