JavaScript asinchroninė vietinė saugykla: užklausų konteksto valdymo įvaldymas

Šiuolaikiniame JavaScript programavime, ypač Node.js aplinkose, kuriose tvarkoma daugybė konkurentiškų užklausų, itin svarbu efektyviai valdyti kontekstą asinchroninėse operacijose. Tradiciniai metodai dažnai yra nepakankami, todėl kodas tampa sudėtingas, o duomenys gali būti nenuoseklūs. Būtent čia pasireiškia JavaScript asinchroninė vietinė saugykla (Async Local Storage – ALS), suteikianti galingą mechanizmą saugoti ir gauti duomenis, kurie yra lokalūs konkrečiam asinchroniniam vykdymo kontekstui. Šiame straipsnyje pateikiamas išsamus vadovas, kaip suprasti ir naudoti ALS patikimam užklausų konteksto valdymui jūsų JavaScript programose.

Kas yra asinchroninė vietinė saugykla (ALS)?

Asinchroninė vietinė saugykla, prieinama kaip pagrindinis modulis Node.js (pristatyta v13.10.0 versijoje ir vėliau stabilizuota), leidžia saugoti duomenis, kurie yra prieinami visą asinchroninės operacijos, pavyzdžiui, tvarkant interneto užklausą, gyvavimo laiką. Galima tai įsivaizduoti kaip gijos vietinės saugyklos (thread-local storage) mechanizmą, pritaikytą asinchroniniam JavaScript pobūdžiui. Tai suteikia būdą palaikyti kontekstą per kelis asinchroninius iškvietimus, aiškiai neperduodant jo kaip argumento kiekvienai funkcijai.

Pagrindinė idėja yra ta, kad prasidėjus asinchroninei operacijai (pvz., gavus HTTP užklausą), galite inicijuoti su ta operacija susietą saugyklos erdvę. Bet kokie vėlesni asinchroniniai iškvietimai, tiesiogiai ar netiesiogiai inicijuoti tos operacijos, turės prieigą prie tos pačios saugyklos erdvės. Tai labai svarbu norint išlaikyti su konkrečia užklausa ar transakcija susijusią būseną, jai judant per skirtingas jūsų programos dalis.

Kodėl verta naudoti asinchroninę vietinę saugyklą?

Keletas pagrindinių privalumų daro ALS patraukliu sprendimu užklausų konteksto valdymui:

• Supaprastintas kodas: Išvengiama konteksto objektų perdavimo kaip argumentų kiekvienai funkcijai, todėl kodas tampa švaresnis ir lengviau skaitomas. Tai ypač vertinga didelėse kodo bazėse, kur nuoseklus konteksto platinimo palaikymas gali tapti didele našta.
• Geresnis palaikymas: Sumažina riziką netyčia praleisti ar neteisingai perduoti kontekstą, todėl programos tampa lengviau prižiūrimos ir patikimesnės. Centralizuojant konteksto valdymą ALS, konteksto pakeitimus tampa lengviau valdyti ir jie yra mažiau linkę į klaidas.
• Patobulintas derinimas: Supaprastina derinimą, suteikiant centrinę vietą, kur galima patikrinti su konkrečia užklausa susijusį kontekstą. Galite lengvai sekti duomenų srautą ir nustatyti problemas, susijusias su konteksto nenuoseklumais.
• Duomenų nuoseklumas: Užtikrina, kad duomenys būtų nuosekliai prieinami visos asinchroninės operacijos metu, išvengiant lenktynių sąlygų (race conditions) ir kitų duomenų vientisumo problemų. Tai ypač svarbu programose, kurios atlieka sudėtingas transakcijas ar duomenų apdorojimo grandines.
• Sekimas ir stebėjimas: Palengvina užklausų sekimą ir stebėjimą, saugant užklausai būdingą informaciją (pvz., užklausos ID, vartotojo ID) ALS. Ši informacija gali būti naudojama sekant užklausas, kai jos keliauja per skirtingas sistemos dalis, suteikiant vertingų įžvalgų apie našumą ir klaidų dažnumą.

Pagrindinės asinchroninės vietinės saugyklos koncepcijos

Norint efektyviai naudoti ALS, būtina suprasti šias pagrindines koncepcijas:

• AsyncLocalStorage: Pagrindinė klasė, skirta ALS egzemplioriams kurti ir valdyti. Jūs sukuriate AsyncLocalStorage egzempliorių, kad suteiktumėte saugyklos erdvę, skirtą asinchroninėms operacijoms.
• run(store, fn, ...args): Vykdo pateiktą funkciją fn nurodytos store kontekste. store yra bet kokia reikšmė, kuri bus prieinama visoms asinchroninėms operacijoms, inicijuotoms fn viduje. Vėlesni getStore() iškvietimai fn ir jos asinchroninių palikuonių vykdymo metu grąžins šią store reikšmę.
• enterWith(store): Aiškiai įeina į kontekstą su konkrečia store. Tai yra rečiau naudojama nei `run`, bet gali būti naudinga specifiniais scenarijais, ypač dirbant su asinchroniniais atgaliniais iškvietimais (callbacks), kurie nėra tiesiogiai inicijuojami pradinės operacijos. Naudojant šį metodą reikia būti atsargiems, nes neteisingas naudojimas gali sukelti konteksto nutekėjimą.
• exit(fn): Išeina iš dabartinio konteksto. Naudojama kartu su `enterWith`.
• getStore(): Gauna dabartinę saugyklos reikšmę, susietą su aktyviu asinchroniniu kontekstu. Grąžina undefined, jei nėra aktyvios saugyklos.
• disable(): Išjungia AsyncLocalStorage egzempliorių. Išjungus, vėlesni `run` ar `enterWith` iškvietimai sukels klaidą. Tai dažnai naudojama testavimo ar valymo metu.

Praktiniai asinchroninės vietinės saugyklos naudojimo pavyzdžiai

Panagrinėkime keletą praktinių pavyzdžių, parodančių, kaip naudoti ALS įvairiuose scenarijuose.

1 pavyzdys: Užklausos ID sekimas tinklo serveryje

Šis pavyzdys parodo, kaip naudoti ALS unikaliam užklausos ID sekti per visas asinchronines operacijas interneto užklausos metu.

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

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

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuid.v4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    next();
  });
});

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

app.get('/another-route', async (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Handling another route with ID: ${requestId}`);

  // Simulate an asynchronous operation
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));

  const requestIdAfterAsync = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Request ID after async operation: ${requestIdAfterAsync}`);

  res.send(`Another route - Request ID: ${requestId}`);
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Šiame pavyzdyje:

• Sukuriamas AsyncLocalStorage egzempliorius.
• Tarpinės programinės įrangos funkcija naudojama sugeneruoti unikalų užklausos ID kiekvienai gaunamai užklausai.
• asyncLocalStorage.run() metodas vykdo užklausos apdorojimo funkciją naujo Map kontekste, saugodamas užklausos ID.
• Užklausos ID tada yra prieinamas maršrutų apdorojimo funkcijose per asyncLocalStorage.getStore().get('requestId'), net ir po asinchroninių operacijų.

2 pavyzdys: Vartotojo autentifikavimas ir autorizavimas

ALS galima naudoti vartotojo informacijai saugoti po autentifikavimo, kad ji būtų prieinama autorizacijos patikrinimams viso užklausos gyvavimo ciklo metu.

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

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

// Mock authentication middleware
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Simulate user authentication
  const userId = 123; // Example user ID
  const userRoles = ['admin', 'editor']; // Example user roles

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

// Mock authorization middleware
const authorizeUser = (requiredRole) => {
  return (req, res, next) => {
    const userRoles = asyncLocalStorage.getStore().get('userRoles') || [];

    if (userRoles.includes(requiredRole)) {
      next();
    } else {
      res.status(403).send('Unauthorized');
    }
  };
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/admin', authorizeUser('admin'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Admin page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/editor', authorizeUser('editor'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Editor page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/public', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Public page - User ID: ${userId}`); // Still accessible
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Šiame pavyzdyje:

• authenticateUser tarpinė programinė įranga simuliuoja vartotojo autentifikavimą ir saugo vartotojo ID bei roles ALS.
• authorizeUser tarpinė programinė įranga patikrina, ar vartotojas turi reikiamą rolę, gaudama vartotojo roles iš ALS.
• Vartotojo ID yra prieinamas visuose maršrutuose po autentifikavimo.

3 pavyzdys: Duomenų bazės transakcijų valdymas

ALS galima naudoti duomenų bazės transakcijoms valdyti, užtikrinant, kad visos duomenų bazės operacijos užklausos metu būtų atliekamos toje pačioje transakcijoje.

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

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

// Configure Sequelize
const sequelize = new Sequelize('database', 'user', 'password', {
  dialect: 'sqlite',
  storage: ':memory:', // Use in-memory database for example
  logging: false,
});

// Define a model
const User = sequelize.define('User', {
  username: Sequelize.STRING,
});

// Middleware to manage transactions
const transactionMiddleware = async (req, res, next) => {
  const transaction = await sequelize.transaction();

  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('transaction', transaction);
    try {
      await next();
      await transaction.commit();
    } catch (error) {
      await transaction.rollback();
      console.error('Transaction rolled back:', error);
      res.status(500).send('Transaction failed');
    }
  });
};

app.use(transactionMiddleware);

app.post('/users', async (req, res) => {
  const transaction = asyncLocalStorage.getStore().get('transaction');

  try {
    // Example: Create a user
    const user = await User.create({
      username: 'testuser',
    }, { transaction });

    res.status(201).send(`User created with ID: ${user.id}`);
  } catch (error) {
    console.error('Error creating user:', error);
    throw error; // Propagate the error to trigger rollback
  }
});

// Sync the database and start the server
sequelize.sync().then(() => {
  app.listen(3000, () => {
    console.log('Server listening on port 3000');
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Šiame pavyzdyje:

• transactionMiddleware sukuria Sequelize transakciją ir ją saugo ALS.
• Visos duomenų bazės operacijos užklausos apdorojimo funkcijoje gauna transakciją iš ALS ir ją naudoja.
• Įvykus bet kokiai klaidai, transakcija atšaukiama, užtikrinant duomenų nuoseklumą.

Pažangesnis naudojimas ir svarstymai

Be pagrindinių pavyzdžių, apsvarstykite šiuos pažangesnius naudojimo modelius ir svarbius aspektus, kai naudojate ALS:

• ALS egzempliorių įdėjimas: Galite įdėti ALS egzempliorius vieną į kitą, kad sukurtumėte hierarchinius kontekstus. Tačiau atsižvelkite į galimą sudėtingumą ir užtikrinkite, kad konteksto ribos būtų aiškiai apibrėžtos. Naudojant įdėtus ALS egzempliorius, būtinas tinkamas testavimas.
• Poveikis našumui: Nors ALS suteikia didelių privalumų, svarbu žinoti apie galimą našumo pridėtinę naštą. Saugyklos erdvės kūrimas ir prieiga prie jos gali turėti nedidelį poveikį našumui. Profiluokite savo programą, kad įsitikintumėte, jog ALS netampa kliūtimi.
• Konteksto nutekėjimas: Neteisingai valdant kontekstą, gali įvykti konteksto nutekėjimas, kai vienos užklausos duomenys netyčia atskleidžiami kitai. Tai ypač aktualu naudojant enterWith ir exit. Norint išvengti konteksto nutekėjimo, būtinos kruopščios kodavimo praktikos ir išsamus testavimas. Apsvarstykite galimybę naudoti lintinimo taisykles ar statinės analizės įrankius potencialioms problemoms aptikti.
• Integracija su registravimu ir stebėjimu: ALS galima sklandžiai integruoti su registravimo ir stebėjimo sistemomis, siekiant gauti vertingų įžvalgų apie jūsų programos elgseną. Įtraukite užklausos ID ar kitą svarbią konteksto informaciją į savo žurnalų pranešimus, kad palengvintumėte derinimą ir trikčių šalinimą. Apsvarstykite galimybę naudoti tokius įrankius kaip OpenTelemetry, kad automatiškai platintumėte kontekstą tarp paslaugų.
• Alternatyvos ALS: Nors ALS yra galingas įrankis, tai ne visada geriausias sprendimas kiekvienam scenarijui. Apsvarstykite alternatyvius metodus, pavyzdžiui, aiškų konteksto objektų perdavimą arba priklausomybių injekcijos naudojimą, jei jie geriau atitinka jūsų programos poreikius. Renkantis konteksto valdymo strategiją, įvertinkite kompromisus tarp sudėtingumo, našumo ir palaikymo.

Pasaulinės perspektyvos ir tarptautiniai aspektai

Kuriant programas pasaulinei auditorijai, naudojant ALS, labai svarbu atsižvelgti į šiuos tarptautinius aspektus:

• Laiko juostos: Saugokite laiko juostos informaciją ALS, kad datos ir laikai būtų teisingai rodomi vartotojams skirtingose laiko juostose. Naudokite biblioteką, tokią kaip Moment.js ar Luxon, laiko juostų konvertavimui. Pavyzdžiui, po prisijungimo galite saugoti vartotojo pageidaujamą laiko juostą ALS.
• Lokalizacija: Saugokite vartotojo pageidaujamą kalbą ir lokalę ALS, kad programa būtų rodoma teisinga kalba. Naudokite lokalizacijos biblioteką, tokią kaip i18next, vertimams valdyti. Vartotojo lokalė gali būti naudojama formatuoti skaičius, datas ir valiutas pagal jų kultūrines nuostatas.
• Valiuta: Saugokite vartotojo pageidaujamą valiutą ALS, kad kainos būtų rodomos teisingai. Naudokite valiutos konvertavimo biblioteką valiutų konvertavimui. Kainų rodymas vartotojo vietine valiuta gali pagerinti jo patirtį ir padidinti konversijų rodiklius.
• Duomenų privatumo reglamentai: Saugodami vartotojo duomenis ALS, atsižvelkite į duomenų privatumo reglamentus, tokius kaip GDPR. Užtikrinkite, kad saugote tik tuos duomenis, kurie yra būtini programos veikimui, ir kad su duomenimis elgiatės saugiai. Įgyvendinkite atitinkamas saugumo priemones, kad apsaugotumėte vartotojo duomenis nuo neteisėtos prieigos.

Išvada

JavaScript asinchroninė vietinė saugykla suteikia patikimą ir elegantišką sprendimą užklausų kontekstui valdyti asinchroninėse JavaScript programose. Saugodami kontekstui būdingus duomenis ALS, galite supaprastinti savo kodą, pagerinti jo palaikymą ir patobulinti derinimo galimybes. Suprasdami pagrindines koncepcijas ir geriausias praktikas, aprašytas šiame vadove, galėsite efektyviai panaudoti ALS kurdami mastelį keičiančias ir patikimas programas, kurios gali susidoroti su šiuolaikinio asinchroninio programavimo sudėtingumu. Visada nepamirškite atsižvelgti į našumo pasekmes ir galimas konteksto nutekėjimo problemas, kad užtikrintumėte optimalų savo programos našumą ir saugumą. ALS pritaikymas atveria naują aiškumo ir kontrolės lygį valdant asinchronines darbo eigas, o tai galiausiai lemia efektyvesnį ir lengviau prižiūrimą kodą.