JavaScript Asinchroninis Kontekstas: Užklausos Apimties Kintamųjų Valdymo Įsisavinimas

Asinchroninis programavimas yra šiuolaikinės JavaScript kūrimo pagrindas, ypač tokiose aplinkose kaip Node.js. Tačiau valdyti kontekstą ir užklausos apimties kintamuosius asinchroninėse operacijose gali būti sudėtinga. Tradiciniai metodai dažnai veda prie sudėtingo kodo ir galimo duomenų pažeidimo. Šiame straipsnyje nagrinėjamos JavaScript asinchroninio konteksto galimybės, ypatingą dėmesį skiriant AsyncLocalStorage, ir kaip tai supaprastina užklausos apimties kintamųjų valdymą, kuriant tvirtas ir mastelio keitimui pritaikytas programas.

Asinchroninio Konteksto Iššūkių Supratimas

Sinchroniniame programavime kintamųjų valdymas funkcijos apimtyje yra paprastas. Kiekviena funkcija turi savo vykdymo kontekstą, o tame kontekste deklaruoti kintamieji yra izoliuoti. Tačiau asinchroninės operacijos sukelia sudėtingumų, nes jos nevykdomos tiesiškai. Atgalinio iškvietimo funkcijos (callbacks), pažadai (promises) ir async/await įveda naujus vykdymo kontekstus, kurie gali apsunkinti kintamųjų, susijusių su konkrečia užklausa ar operacija, palaikymą ir prieigą.

Apsvarstykite scenarijų, kai reikia sekti unikalų užklausos ID per visą užklausos apdorojimo eigą. Neturėdami tinkamo mechanizmo, galite būti priversti perduoti užklausos ID kaip argumentą kiekvienai funkcijai, dalyvaujančiai apdorojant užklausą. Šis požiūris yra sudėtingas, linkęs į klaidas ir stipriai susieja jūsų kodą.

Konteksto Perdavimo Problema

• Kodo Netvarka: Konteksto kintamųjų perdavimas per kelis funkcijų iškvietimus žymiai padidina kodo sudėtingumą ir sumažina skaitomumą.
• Glaudus Susiejimas: Funkcijos tampa priklausomos nuo konkrečių konteksto kintamųjų, todėl jas sunkiau pakartotinai panaudoti ir testuoti.
• Polinkis Į Klaidas: Pamiršus perduoti konteksto kintamąjį ar perdavus neteisingą vertę, gali kilti nenuspėjamas elgesys ir sunkiai derinamos problemos.
• Priežiūros Našta: Konteksto kintamųjų pakeitimai reikalauja modifikacijų keliose kodo bazės dalyse.

Šie iššūkiai pabrėžia elegantiškesnio ir patikimesnio sprendimo poreikį valdant užklausos apimties kintamuosius asinchroninėse JavaScript aplinkose.

Pristatome AsyncLocalStorage: Asinchroninio Konteksto Sprendimas

AsyncLocalStorage, pristatytas Node.js v14.5.0 versijoje, suteikia mechanizmą duomenims saugoti per visą asinchroninės operacijos gyvavimo laiką. Jis iš esmės sukuria kontekstą, kuris išlieka peržengiant asinchronines ribas, leisdamas pasiekti ir keisti kintamuosius, susijusius su konkrečia užklausa ar operacija, jų aiškiai neperduodant.

AsyncLocalStorage veikia kiekvieno vykdymo konteksto pagrindu. Kiekviena asinchroninė operacija (pvz., užklausos apdorojimo funkcija) gauna savo izoliuotą saugyklą. Tai užtikrina, kad su viena užklausa susiję duomenys netyčia nepatektų į kitą, išlaikant duomenų vientisumą ir izoliaciją.

Kaip Veikia AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage klasė suteikia šiuos pagrindinius metodus:

• getStore(): Grąžina dabartinę saugyklą, susietą su dabartiniu vykdymo kontekstu. Jei saugyklos nėra, grąžina undefined.
• run(store, callback, ...args): Vykdo pateiktą callback funkciją naujame asinchroniniame kontekste. store argumentas inicializuoja konteksto saugyklą. Visos asinchroninės operacijos, kurias sukelia atgalinio iškvietimo funkcija, turės prieigą prie šios saugyklos.
• enterWith(store): Įeina į pateiktos store saugyklos kontekstą. Tai naudinga, kai reikia aiškiai nustatyti kontekstą konkrečiam kodo blokui.
• disable(): Išjungia AsyncLocalStorage egzempliorių. Bandant pasiekti saugyklą po išjungimo, bus gauta klaida.

Pati saugykla yra paprastas JavaScript objektas (arba bet koks jūsų pasirinktas duomenų tipas), kuriame laikomi konteksto kintamieji, kuriuos norite valdyti. Galite saugoti užklausų ID, vartotojo informaciją ar bet kokius kitus duomenis, susijusius su dabartine operacija.

Praktiniai AsyncLocalStorage Veikimo Pavyzdžiai

Iliustruokime AsyncLocalStorage naudojimą keliais praktiniais pavyzdžiais.

1 pavyzdys: Užklausos ID Sekimas žiniatinklio serveryje

Apsvarstykite Node.js žiniatinklio serverį, naudojantį Express.js. Mes norime automatiškai generuoti ir sekti unikalų užklausos ID kiekvienai gaunamai užklausai. Šis ID gali būti naudojamas žurnalų rinkimui, sekimui ir derinimui.

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(`Request received with ID: ${requestId}`);
    next();
  });
});

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

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

Šiame pavyzdyje:

• Suriame AsyncLocalStorage egzempliorių.
• Naudojame Express tarpinę programinę įrangą (middleware), kad perimtume kiekvieną gaunamą užklausą.
• Tarpinėje programinėje įrangoje sugeneruojame unikalų užklausos ID naudodami uuidv4().
• Iškviečiame asyncLocalStorage.run(), kad sukurtume naują asinchroninį kontekstą. Inicializuojame saugyklą su Map objektu, kuriame bus laikomi mūsų konteksto kintamieji.
• run() atgalinio iškvietimo funkcijos viduje nustatome requestId saugykloje naudodami asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId).
• Tada iškviečiame next(), kad perduotume valdymą kitai tarpinei programinei įrangai arba maršruto apdorojimo funkcijai.
• Maršruto apdorojimo funkcijoje (app.get('/')) gauname requestId iš saugyklos naudodami asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

Dabar, nepriklausomai nuo to, kiek asinchroninių operacijų yra suaktyvinama užklausos apdorojimo funkcijoje, visada galite pasiekti užklausos ID naudodami asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

2 pavyzdys: Vartotojo Autentifikavimas ir Autorizavimas

Kitas dažnas panaudojimo atvejis yra vartotojo autentifikavimo ir autorizavimo informacijos valdymas. Tarkime, turite tarpinę programinę įrangą, kuri autentifikuoja vartotoją ir gauna jo vartotojo ID. Galite saugoti vartotojo ID AsyncLocalStorage, kad jis būtų prieinamas vėlesnėms tarpinėms programinėms įrangoms ir maršrutų apdorojimo funkcijoms.

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

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

// Autentifikavimo tarpinė programinė įranga (pavyzdys)
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Imituojame vartotojo autentifikavimą (pakeiskite savo tikrąja logika)
  const userId = req.headers['x-user-id'] || 'guest'; // Gaukite vartotojo ID iš antraštės

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    console.log(`User authenticated with ID: ${userId}`);
    next();
  });
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/profile', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`Accessing profile for user ID: ${userId}`);
  res.send(`Profile for User ID: ${userId}`);
});

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

Šiame pavyzdyje authenticateUser tarpinė programinė įranga gauna vartotojo ID (čia imituojama skaitant antraštę) ir saugo jį AsyncLocalStorage. /profile maršruto apdorojimo funkcija tada gali pasiekti vartotojo ID, nereikalaudama jo gauti kaip aiškaus parametro.

3 pavyzdys: Duomenų Bazės Transakcijų Valdymas

Scenarijuose, susijusiuose su duomenų bazių transakcijomis, AsyncLocalStorage galima naudoti transakcijos kontekstui valdyti. Galite saugoti duomenų bazės ryšį ar transakcijos objektą AsyncLocalStorage, užtikrindami, kad visos duomenų bazės operacijos konkrečioje užklausoje naudotų tą pačią transakciją.

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

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

// Imituojame duomenų bazės ryšį
const db = {
  query: (sql, callback) => {
    const transactionId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('transactionId') || 'No Transaction';
    console.log(`Executing SQL: ${sql} in Transaction: ${transactionId}`);
    // Imituojame duomenų bazės užklausos vykdymą
    setTimeout(() => {
      callback(null, { success: true });
    }, 50);
  },
};

// Tarpinė programinė įranga transakcijai pradėti
const startTransaction = (req, res, next) => {
  const transactionId = Math.random().toString(36).substring(2, 15); // Generuojame atsitiktinį transakcijos ID

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

app.use(startTransaction);

app.get('/data', (req, res) => {
  db.query('SELECT * FROM data', (err, result) => {
    if (err) {
      return res.status(500).send('Error querying data');
    }
    res.send('Data retrieved successfully');
  });
});

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

Šiame supaprastintame pavyzdyje:

• startTransaction tarpinė programinė įranga generuoja transakcijos ID ir saugo jį AsyncLocalStorage.
• Imituota db.query funkcija gauna transakcijos ID iš saugyklos ir jį užregistruoja, parodydama, kad transakcijos kontekstas yra pasiekiamas asinchroninės duomenų bazės operacijos metu.

Pažangesnis Naudojimas ir Svarstymai

Tarpinė Programinė Įranga ir Konteksto Perdavimas

AsyncLocalStorage yra ypač naudingas tarpinės programinės įrangos grandinėse. Kiekviena tarpinė programinė įranga gali pasiekti ir keisti bendrą kontekstą, leidžiant jums lengvai kurti sudėtingas apdorojimo grandines.

Užtikrinkite, kad jūsų tarpinės programinės įrangos funkcijos būtų sukurtos taip, kad tinkamai perduotų kontekstą. Naudokite asyncLocalStorage.run() arba asyncLocalStorage.enterWith(), kad apgaubtumėte asinchronines operacijas ir palaikytumėte konteksto srautą.

Klaidų Apdorojimas ir Išvalymas

Tinkamas klaidų apdorojimas yra labai svarbus naudojant AsyncLocalStorage. Užtikrinkite, kad išimtis apdorotumėte sklandžiai ir išvalytumėte bet kokius išteklius, susijusius su kontekstu. Apsvarstykite galimybę naudoti try...finally blokus, kad užtikrintumėte, jog ištekliai būtų atlaisvinti net ir įvykus klaidai.

Našumo Svarstymai

Nors AsyncLocalStorage suteikia patogų būdą valdyti kontekstą, svarbu atsižvelgti į jo poveikį našumui. Pernelyg didelis AsyncLocalStorage naudojimas gali sukelti papildomų išlaidų, ypač didelio pralaidumo programose. Profiluokite savo kodą, kad nustatytumėte galimas kliūtis ir atitinkamai optimizuotumėte.

Venkite saugoti didelius duomenų kiekius AsyncLocalStorage. Saugokite tik būtinus konteksto kintamuosius. Jei reikia saugoti didesnius objektus, apsvarstykite galimybę saugoti nuorodas į juos, o ne pačius objektus.

Alternatyvos AsyncLocalStorage

Nors AsyncLocalStorage yra galingas įrankis, yra ir alternatyvių būdų valdyti asinchroninį kontekstą, priklausomai nuo jūsų konkrečių poreikių ir karkaso.

• Aiškus Konteksto Perdavimas: Kaip minėta anksčiau, aiškus konteksto kintamųjų perdavimas kaip argumentų funkcijoms yra pagrindinis, nors ir mažiau elegantiškas, požiūris.
• Konteksto Objektai: Sukūrus specialų konteksto objektą ir jį perduodant, galima pagerinti skaitomumą, palyginti su atskirų kintamųjų perdavimu.
• Karkasui Specifiniai Sprendimai: Daugelis karkasų siūlo savo konteksto valdymo mechanizmus. Pavyzdžiui, NestJS teikia užklausos apimties teikėjus (request-scoped providers).

Globali Perspektyva ir Geroji Praktika

Dirbdami su asinchroniniu kontekstu globaliame kontekste, atsižvelkite į šiuos dalykus:

• Laiko Juostos: Būkite atidūs laiko juostoms, dirbdami su datos ir laiko informacija kontekste. Saugokite laiko juostos informaciją kartu su laiko žymėmis, kad išvengtumėte dviprasmybių.
• Lokalizacija: Jei jūsų programa palaiko kelias kalbas, saugokite vartotojo lokalę kontekste, kad užtikrintumėte, jog turinys būtų rodomas teisinga kalba.
• Valiuta: Jei jūsų programa tvarko finansines operacijas, saugokite vartotojo valiutą kontekste, kad sumos būtų rodomos teisingai.
• Duomenų Formatai: Atkreipkite dėmesį į skirtingus duomenų formatus, naudojamus skirtinguose regionuose. Pavyzdžiui, datų ir skaičių formatai gali labai skirtis.

Išvada

AsyncLocalStorage suteikia galingą ir elegantišką sprendimą valdant užklausos apimties kintamuosius asinchroninėse JavaScript aplinkose. Sukurdamas išliekantį kontekstą peržengiant asinchronines ribas, jis supaprastina kodą, sumažina susiejimą ir pagerina palaikomumą. Suprasdami jo galimybes ir apribojimus, galite panaudoti AsyncLocalStorage kuriant tvirtas, mastelio keitimui pritaikytas ir globaliai orientuotas programas.

Asinchroninio konteksto įsisavinimas yra būtinas kiekvienam JavaScript programuotojui, dirbančiam su asinchroniniu kodu. Priimkite AsyncLocalStorage ir kitus konteksto valdymo metodus, kad rašytumėte švaresnes, lengviau prižiūrimas ir patikimesnes programas.