JavaScript Asinchroninis Kontekstas: Užklausos Apimties Kintamųjų Valdymas

Asinchroninis programavimas yra šiuolaikinio JavaScript kūrimo pagrindas, ypač tokiose aplinkose kaip Node.js, kur neblokuojantis I/O yra labai svarbus našumui. Tačiau konteksto valdymas asinchroninėse operacijose gali būti sudėtingas. Būtent čia į pagalbą ateina JavaScript asinchroninis kontekstas, konkrečiai AsyncLocalStorage.

Kas yra Asinchroninis Kontekstas?

Asinchroninis kontekstas reiškia galimybę susieti duomenis su asinchronine operacija, kurie išlieka per visą jos gyvavimo ciklą. Tai būtina scenarijuose, kai reikia palaikyti užklausos apimties informaciją (pvz., vartotojo ID, užklausos ID, sekimo informaciją) per kelis asinchroninius iškvietimus. Be tinkamo konteksto valdymo, derinimas, registravimas ir saugumas gali tapti gerokai sudėtingesni.

Konteksto Palaikymo Iššūkis Asinchroninėse Operacijose

Tradiciniai konteksto valdymo metodai, tokie kaip kintamųjų aiškus perdavimas per funkcijų iškvietimus, gali tapti sudėtingi ir linkę į klaidas, didėjant asinchroninio kodo sudėtingumui. „Callback hell“ (atgalinių iškvietimų pragaras) ir „promise“ grandinės gali užtemdyti konteksto srautą, sukeldamos priežiūros problemų ir galimų saugumo pažeidžiamumų. Apsvarstykite šį supaprastintą pavyzdį:

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

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

Šiame pavyzdyje userId yra nuolat perduodamas per įdėtinius atgalinius iškvietimus. Šis metodas yra ne tik išsamus, bet ir glaudžiai susieja funkcijas, todėl jos tampa mažiau pakartotinai panaudojamos ir sunkiau testuojamos.

Pristatome AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage yra įtaisytasis modulis Node.js aplinkoje, kuris suteikia mechanizmą saugoti duomenis, kurie yra lokalūs konkrečiam asinchroniniam kontekstui. Tai leidžia nustatyti ir gauti reikšmes, kurios automatiškai platinamos per asinchronines ribas toje pačioje vykdymo aplinkoje. Tai žymiai supaprastina užklausos apimties kintamųjų valdymą.

Kaip Veikia AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage veikia sukuriant saugyklos kontekstą, kuris yra susietas su dabartine asinchronine operacija. Kai pradedama nauja asinchroninė operacija (pvz., „promise“, atgalinis iškvietimas), saugyklos kontekstas automatiškai perduodamas naujai operacijai. Tai užtikrina, kad tie patys duomenys yra prieinami per visą asinchroninių iškvietimų grandinę.

Pagrindinis AsyncLocalStorage Naudojimas

Štai pagrindinis pavyzdys, kaip naudoti AsyncLocalStorage:

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');
  // ... gaunami duomenys naudojant userId
  return data;
}

async function transformData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... transformuojami duomenys naudojant userId
  return transformedData;
}

async function logData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... registruojami duomenys naudojant userId
  return;
}

Šiame pavyzdyje:

• Sukuriame AsyncLocalStorage egzempliorių.
• processRequest funkcijoje naudojame asyncLocalStorage.run, kad įvykdytume funkciją naujo saugyklos egzemplioriaus kontekste (šiuo atveju Map).
• Nustatome userId saugykloje naudodami asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• Asinchroninėse operacijose (fetchData, transformData, logData) galime gauti userId naudodami asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

AsyncLocalStorage Naudojimo Atvejai

AsyncLocalStorage yra ypač naudingas šiais atvejais:

1. Užklausų Sekimas

Paskirstytose sistemose užklausų sekimas per kelias paslaugas yra labai svarbus našumo stebėjimui ir kliūčių identifikavimui. AsyncLocalStorage galima naudoti unikalaus užklausos ID saugojimui, kuris platinamas per paslaugų ribas. Tai leidžia susieti žurnalus ir metrikas iš skirtingų paslaugų, suteikiant išsamų vaizdą apie užklausos kelią. Pavyzdžiui, apsvarstykite mikropaslaugų architektūrą, kurioje vartotojo užklausa eina per API šliuzus, autentifikavimo paslaugą ir duomenų apdorojimo paslaugą. Naudojant AsyncLocalStorage, unikalus užklausos ID gali būti sugeneruotas API šliuzuose ir automatiškai perduotas visoms vėlesnėms paslaugoms, dalyvaujančioms apdorojant užklausą.

2. Registravimo Kontekstas

Registruojant įvykius, dažnai naudinga įtraukti kontekstinę informaciją, tokią kaip vartotojo ID, užklausos ID ar seanso ID. AsyncLocalStorage galima naudoti, kad automatiškai įtraukti šią informaciją į žurnalo pranešimus, palengvinant problemų derinimą ir analizę. Įsivaizduokite scenarijų, kai reikia sekti vartotojo veiklą jūsų programoje. Saugodami vartotojo ID AsyncLocalStorage, galite jį automatiškai įtraukti į visus žurnalo pranešimus, susijusius su to vartotojo sesija, suteikdami vertingų įžvalgų apie jų elgesį ir galimas problemas, su kuriomis jie gali susidurti.

3. Autentifikacija ir Autorizacija

AsyncLocalStorage gali būti naudojamas saugoti autentifikacijos ir autorizacijos informaciją, tokią kaip vartotojo vaidmenys ir leidimai. Tai leidžia įgyvendinti prieigos kontrolės politiką visoje programoje, nereikalaujant aiškiai perduoti vartotojo kredencialų kiekvienai funkcijai. Apsvarstykite elektroninės prekybos programą, kurioje skirtingi vartotojai turi skirtingus prieigos lygius (pvz., administratoriai, nuolatiniai klientai). Saugodami vartotojo vaidmenis AsyncLocalStorage, galite lengvai patikrinti jų leidimus prieš leidžiant jiems atlikti tam tikrus veiksmus, užtikrinant, kad tik įgalioti vartotojai gali pasiekti jautrius duomenis ar funkcionalumą.

4. Duomenų Bazių Transakcijos

Dirbant su duomenų bazėmis, dažnai būtina valdyti transakcijas per kelias asinchronines operacijas. AsyncLocalStorage galima naudoti duomenų bazės ryšio ar transakcijos objekto saugojimui, užtikrinant, kad visos operacijos toje pačioje užklausoje būtų vykdomos toje pačioje transakcijoje. Pavyzdžiui, jei vartotojas pateikia užsakymą, gali tekti atnaujinti kelias lenteles (pvz., užsakymai, užsakymo prekės, atsargos). Saugodami duomenų bazės transakcijos objektą AsyncLocalStorage, galite užtikrinti, kad visi šie atnaujinimai būtų atlikti vienoje transakcijoje, garantuojant atominį vientisumą ir nuoseklumą.

5. Daugelio Nuomininkų Aplinka (Multi-Tenancy)

Daugelio nuomininkų programose būtina izoliuoti kiekvieno nuomininko duomenis ir išteklius. AsyncLocalStorage galima naudoti nuomininko ID saugojimui, leidžiant dinamiškai nukreipti užklausas į atitinkamą duomenų saugyklą ar išteklius, atsižvelgiant į dabartinį nuomininką. Įsivaizduokite SaaS platformą, kurioje kelios organizacijos naudoja tą patį programos egzempliorių. Saugodami nuomininko ID AsyncLocalStorage, galite užtikrinti, kad kiekvienos organizacijos duomenys būtų laikomi atskirai ir kad jos turėtų prieigą tik prie savo išteklių.

Geriausios AsyncLocalStorage Naudojimo Praktikos

Nors AsyncLocalStorage yra galingas įrankis, svarbu jį naudoti apdairiai, kad išvengtumėte galimų našumo problemų ir išlaikytumėte kodo aiškumą. Štai keletas geriausių praktikų, kurias verta atsiminti:

1. Minimizuokite Duomenų Saugojimą

Saugokite tik absoliučiai būtinus duomenis AsyncLocalStorage. Didelių duomenų kiekių saugojimas gali paveikti našumą, ypač didelės konkurencijos aplinkose. Pavyzdžiui, vietoj viso vartotojo objekto saugojimo, apsvarstykite galimybę saugoti tik vartotojo ID ir prireikus gauti vartotojo objektą iš podėlio ar duomenų bazės.

2. Venkite Pernelyg Didelio Konteksto Perjungimo

Dažnas konteksto perjungimas taip pat gali paveikti našumą. Sumažinkite kartų skaičių, kai nustatote ir gaunate reikšmes iš AsyncLocalStorage. Dažnai naudojamas reikšmes talpinkite vietoje funkcijos viduje, kad sumažintumėte prieigos prie saugyklos konteksto pridėtines išlaidas. Pavyzdžiui, jei jums reikia kelis kartus pasiekti vartotojo ID funkcijos viduje, gaukite jį vieną kartą iš AsyncLocalStorage ir išsaugokite vietiniame kintamajame vėlesniam naudojimui.

3. Naudokite Aiškias ir Nuoseklias Pavadinimų Taisykles

Naudokite aiškias ir nuoseklias pavadinimų taisykles raktams, kuriuos saugote AsyncLocalStorage. Tai pagerins kodo skaitomumą ir palaikomumą. Pavyzdžiui, naudokite nuoseklų priešdėlį visiems raktams, susijusiems su konkrečia funkcija ar domenu, pavyzdžiui, request.id ar user.id.

4. Išvalykite po Naudojimo

Nors AsyncLocalStorage automatiškai išvalo saugyklos kontekstą, kai baigiasi asinchroninė operacija, gera praktika yra aiškiai išvalyti saugyklos kontekstą, kai jo nebereikia. Tai gali padėti išvengti atminties nutekėjimų ir pagerinti našumą. Tai galite pasiekti naudodami exit metodą, kad aiškiai išvalytumėte kontekstą.

5. Apsvarstykite Poveikį Našumui

Būkite informuoti apie AsyncLocalStorage naudojimo poveikį našumui, ypač didelės konkurencijos aplinkose. Išmatuokite savo kodo našumą, kad užtikrintumėte, jog jis atitinka jūsų našumo reikalavimus. Profiluokite savo programą, kad nustatytumėte galimas kliūtis, susijusias su konteksto valdymu. Apsvarstykite alternatyvius metodus, tokius kaip aiškus konteksto perdavimas, jei AsyncLocalStorage sukelia nepriimtiną našumo sumažėjimą.

6. Atsargiai Naudokite Bibliotekose

Venkite naudoti AsyncLocalStorage tiesiogiai bibliotekose, kurios skirtos bendram naudojimui. Bibliotekos neturėtų daryti prielaidų apie kontekstą, kuriame jos naudojamos. Vietoj to, pateikite parinktis vartotojams aiškiai perduoti kontekstinę informaciją. Tai leidžia vartotojams kontroliuoti, kaip kontekstas valdomas jų programose, ir išvengti galimų konfliktų ar netikėto elgesio.

Alternatyvos AsyncLocalStorage

Nors AsyncLocalStorage yra patogus ir galingas įrankis, jis ne visada yra geriausias sprendimas kiekvienam scenarijui. Štai keletas alternatyvų, kurias verta apsvarstyti:

1. Aiškus Konteksto Perdavimas

Paprasčiausias būdas yra aiškiai perduoti kontekstinę informaciją kaip argumentus funkcijoms. Šis metodas yra paprastas ir lengvai suprantamas, tačiau jis gali tapti sudėtingas, didėjant kodo sudėtingumui. Aiškus konteksto perdavimas tinka paprastiems scenarijams, kai kontekstas yra gana mažas, o kodas nėra giliai įdėtas. Tačiau sudėtingesniems scenarijams jis gali lemti sunkiai skaitomą ir prižiūrimą kodą.

2. Konteksto Objektai

Užuot perdavus atskirus kintamuosius, galite sukurti konteksto objektą, kuris apima visą kontekstinę informaciją. Tai gali supaprastinti funkcijų parašus ir padaryti kodą skaitomesnį. Konteksto objektai yra geras kompromisas tarp aiškaus konteksto perdavimo ir AsyncLocalStorage. Jie suteikia būdą sugrupuoti susijusią kontekstinę informaciją, todėl kodas tampa tvarkingesnis ir lengviau suprantamas. Tačiau jie vis tiek reikalauja aiškaus konteksto objekto perdavimo kiekvienai funkcijai.

3. Async Hooks (Diagnostikai)

Node.js async_hooks modulis suteikia bendresnį mechanizmą asinchroninių operacijų sekimui. Nors jį naudoti sudėtingiau nei AsyncLocalStorage, jis siūlo didesnį lankstumą ir kontrolę. async_hooks pirmiausia skirtas diagnostikos ir derinimo tikslams. Jis leidžia sekti asinchroninių operacijų gyvavimo ciklą ir rinkti informaciją apie jų vykdymą. Tačiau jis nerekomenduojamas bendrosios paskirties konteksto valdymui dėl galimo našumo sumažėjimo.

4. Diagnostinis Kontekstas (OpenTelemetry)

OpenTelemetry suteikia standartizuotą API telemetrijos duomenų rinkimui ir eksportavimui, įskaitant sekimus, metrikas ir žurnalus. Jo diagnostinio konteksto funkcijos siūlo pažangų ir tvirtą sprendimą konteksto platinimo valdymui paskirstytose sistemose. Integracija su OpenTelemetry suteikia gamintojo požiūriu neutralų būdą užtikrinti konteksto nuoseklumą skirtingose paslaugose ir platformose. Tai ypač naudinga sudėtingose mikropaslaugų architektūrose, kur kontekstą reikia platinti per paslaugų ribas.

Realaus Pasaulio Pavyzdžiai

Panagrinėkime keletą realaus pasaulio pavyzdžių, kaip AsyncLocalStorage gali būti naudojamas skirtinguose scenarijuose.

1. Elektroninės Prekybos Programa: Užklausų Sekimas

Elektroninės prekybos programoje galite naudoti AsyncLocalStorage sekti vartotojų užklausas per kelias paslaugas, tokias kaip produktų katalogas, pirkinių krepšelis ir mokėjimų šliuzai. Tai leidžia stebėti kiekvienos paslaugos našumą ir nustatyti kliūtis, kurios gali paveikti vartotojo patirtį.

// API šliuzuose
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();
  });
});

// Produktų katalogo paslaugoje
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Registruokite užklausos ID kartu su kita informacija
  logger.info(`[${requestId}] Gaunama produkto informacija apie produktą ID: ${productId}`);
  // ... gaunama produkto informacija
}

2. SaaS Platforma: Daugelio Nuomininkų Aplinka

SaaS platformoje galite naudoti AsyncLocalStorage nuomininko ID saugojimui ir dinamiškai nukreipti užklausas į atitinkamą duomenų saugyklą ar išteklius, atsižvelgiant į dabartinį nuomininką. Tai užtikrina, kad kiekvieno nuomininko duomenys būtų laikomi atskirai ir kad jie turėtų prieigą tik prie savo išteklių.

// Tarpinė programinė įranga nuomininko ID išgavimui iš užklausos
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Funkcija duomenims gauti konkrečiam nuomininkui
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Mikropaslaugų Architektūra: Registravimo Kontekstas

Mikropaslaugų architektūroje galite naudoti AsyncLocalStorage vartotojo ID saugojimui ir automatiškai įtraukti jį į žurnalo pranešimus iš skirtingų paslaugų. Tai palengvina problemų, kurios gali paveikti konkretų vartotoją, derinimą ir analizę.

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

// Duomenų apdorojimo paslaugoje
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[Vartotojo ID: ${userId}] Apdorojami duomenys: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... apdorojami duomenys
}

Išvada

AsyncLocalStorage yra vertingas įrankis valdant užklausos apimties kintamuosius asinchroninėse JavaScript aplinkose. Jis supaprastina konteksto valdymą asinchroninėse operacijose, todėl kodas tampa skaitomesnis, prižiūrimesnis ir saugesnis. Suprasdami jo naudojimo atvejus, geriausias praktikas ir alternatyvas, galite efektyviai panaudoti AsyncLocalStorage kurdami tvirtas ir keičiamo dydžio programas. Tačiau labai svarbu atidžiai apsvarstyti jo poveikį našumui ir naudoti jį apdairiai, kad išvengtumėte galimų problemų. Apgalvotai naudokite AsyncLocalStorage, kad pagerintumėte savo asinchroninio JavaScript kūrimo praktikas.

Pateikdami aiškius pavyzdžius, praktinius patarimus ir išsamią apžvalgą, šis vadovas siekia suteikti kūrėjams visame pasaulyje žinių, kaip efektyviai valdyti asinchroninį kontekstą naudojant AsyncLocalStorage savo JavaScript programose. Nepamirškite atsižvelgti į našumo pasekmes ir alternatyvas, kad užtikrintumėte geriausią sprendimą pagal savo konkrečius poreikius.