JavaScript Async Context: Užklausos apimties kintamieji globalioms programoms

Nuolat besikeičiančiame interneto kūrimo pasaulyje, kuriant tvirtas ir mastelį keičiančias programas, ypač tas, kurios skirtos pasaulinei auditorijai, reikia gilaus asinchroninio programavimo ir konteksto valdymo supratimo. Šiame tinklaraščio įraše pasineriama į žavų JavaScript Async Context pasaulį – galingą techniką, skirtą užklausos apimties kintamiesiems tvarkyti ir žymiai pagerinti jūsų programų našumą, palaikomumą ir derinamumą, ypač mikroservisų ir paskirstytų sistemų kontekste.

Iššūkio supratimas: asinchroninės operacijos ir konteksto praradimas

Šiuolaikinės interneto programos yra pagrįstos asinchroninėmis operacijomis. Nuo vartotojų užklausų tvarkymo iki sąveikos su duomenų bazėmis, API iškvietimų ir foninių užduočių vykdymo – asinchroninis JavaScript pobūdis yra fundamentalus. Tačiau šis asinchroniškumas sukelia didelį iššūkį: konteksto praradimą. Kai užklausa apdorojama, su ta užklausa susiję duomenys (pvz., vartotojo ID, seanso informacija, koreliacijos ID sekimui) turi būti pasiekiami per visą apdorojimo ciklą, net ir per kelis asinchroninius funkcijų iškvietimus.

Apsvarstykime scenarijų, kai vartotojas, tarkime, iš Tokijo (Japonija), pateikia užklausą pasaulinei el. prekybos platformai. Užklausa sukelia virtinę operacijų: autentifikavimą, autorizavimą, duomenų gavimą iš duomenų bazės (galbūt esančios Airijoje), užsakymo apdorojimą ir galiausiai patvirtinimo el. laiško siuntimą. Be tinkamo konteksto valdymo, svarbi informacija, tokia kaip vartotojo lokalė (valiutos ir kalbos formatavimui), užklausos kilmės IP adresas (saugumui) ir unikalus identifikatorius užklausai sekti visose šiose paslaugose, būtų prarasta, kai atsiskleistų asinchroninės operacijos.

Tradiciškai kūrėjai pasikliaudavo aplinkiniais sprendimais, pavyzdžiui, rankiniu būdu perduodami konteksto kintamuosius per funkcijų parametrus arba naudodami globalius kintamuosius. Tačiau šie metodai dažnai yra sudėtingi, linkę į klaidas ir gali lemti sunkiai skaitomą bei prižiūrimą kodą. Rankinis konteksto perdavimas gali greitai tapti nevaldomas, didėjant asinchroninių operacijų ir įdėtųjų funkcijų iškvietimų skaičiui. Kita vertus, globalūs kintamieji gali sukelti nenumatytų šalutinių poveikių ir apsunkinti programos būsenos supratimą, ypač daugiagijėse aplinkose ar su mikroservisais.

Pristatome Async Context: galingas sprendimas

JavaScript Async Context suteikia švaresnį ir elegantiškesnį sprendimą konteksto perdavimo problemai. Jis leidžia susieti duomenis (kontekstą) su asinchronine operacija ir užtikrina, kad šie duomenys būtų automatiškai pasiekiami visoje vykdymo grandinėje, nepriklausomai nuo asinchroninių iškvietimų skaičiaus ar įdėjimo lygio. Šis kontekstas yra užklausos apimties, o tai reiškia, kad su viena užklausa susijęs kontekstas yra izoliuotas nuo kitų užklausų, užtikrinant duomenų vientisumą ir išvengiant kryžminio užteršimo.

Pagrindiniai Async Context naudojimo privalumai:

• Pagerintas kodo skaitomumas: Sumažina rankinio konteksto perdavimo poreikį, todėl kodas tampa švaresnis ir glaustesnis.
• Geresnis palaikomumas: Palengvina konteksto duomenų sekimą ir valdymą, supaprastinant derinimą ir priežiūrą.
• Supaprastintas klaidų tvarkymas: Leidžia centralizuotai tvarkyti klaidas, suteikiant prieigą prie konteksto informacijos pranešant apie klaidas.
• Geresnis našumas: Optimizuoja išteklių naudojimą užtikrinant, kad reikiami konteksto duomenys būtų pasiekiami, kai jų prireikia.
• Padidintas saugumas: Palengvina saugias operacijas, lengvai sekant jautrią informaciją, pvz., vartotojų ID ir autentifikavimo raktus, per visus asinchroninius iškvietimus.

Async Context diegimas Node.js (ir ne tik)

Nors pačioje JavaScript kalboje nėra įmontuotos Async Context funkcijos, atsirado keletas bibliotekų ir metodų, teikiančių šią funkciją, ypač Node.js aplinkoje. Panagrinėkime kelis įprastus metodus:

1. `async_hooks` modulis (Node.js branduolys)

Node.js turi įmontuotą modulį, vadinamą `async_hooks`, kuris siūlo žemo lygio API asinchroniniams ištekliams sekti. Jis leidžia sekti asinchroninių operacijų gyvavimo ciklą ir prisijungti prie įvairių įvykių, tokių kaip kūrimas, vykdymas prieš ir vykdymas po. Nors `async_hooks` modulis yra galingas, norint įdiegti konteksto perdavimą, reikia daugiau rankinio darbo, ir paprastai jis naudojamas kaip pagrindas aukštesnio lygio bibliotekoms.

            const async_hooks = require('async_hooks');

const context = new Map();

let executionAsyncId = 0;

const init = (asyncId, type, triggerAsyncId, resource) => {
  context.set(asyncId, {}); // Initialize a context object for each async operation
};

const before = (asyncId) => {
  executionAsyncId = asyncId;
};

const after = (asyncId) => {
  executionAsyncId = 0; // Clear the current execution asyncId
};

const destroy = (asyncId) => {
  context.delete(asyncId); // Remove context when the async operation completes
};

const asyncHook = async_hooks.createHook({
  init,
  before,
  after,
  destroy,
});

asyncHook.enable();

function getContext() {
  return context.get(executionAsyncId) || {};
}

function setContext(data) {
  const currentContext = getContext();
  context.set(executionAsyncId, { ...currentContext, ...data });
}

async function doSomethingAsync() {
  const contextData = getContext();
  console.log('Inside doSomethingAsync context:', contextData);
  // ... asynchronous operation ...
}

async function main() {
  // Simulate a request
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  setContext({ requestId });
  console.log('Outside doSomethingAsync context:', getContext());
  await doSomethingAsync();
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

Paaiškinimas:

• `async_hooks.createHook()`: Sukuria kablį (hook), kuris perima asinchroninių išteklių gyvavimo ciklo įvykius.
• `init`: Iškviečiamas, kai sukuriamas naujas asinchroninis išteklius. Mes jį naudojame konteksto objektui inicializuoti ištekliui.
• `before`: Iškviečiamas prieš pat asinchroninio ištekliaus atgalinio ryšio (callback) funkcijos vykdymą. Mes jį naudojame vykdymo kontekstui atnaujinti.
• `after`: Iškviečiamas po atgalinio ryšio funkcijos įvykdymo.
• `destroy`: Iškviečiamas, kai asinchroninis išteklius yra sunaikinamas. Mes pašaliname susijusį kontekstą.
• `getContext()` ir `setContext()`: Pagalbinės funkcijos skaityti ir rašyti į konteksto saugyklą.

Nors šis pavyzdys demonstruoja pagrindinius principus, dažnai yra lengviau ir patogiau prižiūrėti kodą naudojant tam skirtą biblioteką.

2. `cls-hooked` arba `continuation-local-storage` bibliotekų naudojimas

Siekiant supaprastinto požiūrio, bibliotekos, tokios kaip `cls-hooked` (arba jos pirmtakė `continuation-local-storage`, kuria remiasi `cls-hooked`), teikia aukštesnio lygio abstrakcijas virš `async_hooks`. Šios bibliotekos supaprastina konteksto kūrimo ir valdymo procesą. Jos paprastai naudoja „saugyklą“ (dažnai `Map` ar panašią duomenų struktūrą) konteksto duomenims laikyti ir automatiškai perduoda kontekstą per asinchronines operacijas.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function middleware(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // The rest of the request handling logic...
    console.log('Middleware Context:', asyncLocalStorage.getStore());
    next();
  });
}

async function doSomethingAsync() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  console.log('Inside doSomethingAsync:', store);
  // ... asynchronous operation ...
}

async function routeHandler(req, res) {
  console.log('Route Handler Context:', asyncLocalStorage.getStore());
  await doSomethingAsync();
  res.send('Request processed');
}

// Simulate a request
const request = { /*...*/ };
const response = { send: (message) => console.log('Response:', message) };

middleware(request, response, () => {
  routeHandler(request, response);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Paaiškinimas:

• `AsyncLocalStorage`: Ši pagrindinė Node.js klasė naudojama egzemplioriui sukurti, skirtam asinchroniniam kontekstui valdyti.
• `asyncLocalStorage.run(context, callback)`: Šis metodas naudojamas nustatyti kontekstą pateiktai atgalinio ryšio funkcijai. Jis automatiškai perduoda kontekstą visoms asinchroninėms operacijoms, atliekamoms atgalinio ryšio funkcijos viduje.
• `asyncLocalStorage.getStore()`: Šis metodas naudojamas pasiekti esamą kontekstą asinchroninės operacijos metu. Jis gauna kontekstą, kuris buvo nustatytas naudojant `asyncLocalStorage.run()`.

Naudojant `AsyncLocalStorage` supaprastinamas konteksto valdymas. Jis automatiškai tvarko konteksto duomenų perdavimą per asinchronines ribas, mažindamas standartinio kodo kiekį.

3. Konteksto perdavimas karkasuose

Daugelis šiuolaikinių interneto karkasų, tokių kaip NestJS, Express, Koa ir kiti, teikia įmontuotą palaikymą arba rekomenduojamus modelius Async Context įgyvendinimui savo programų struktūroje. Šie karkasai dažnai integruojasi su bibliotekomis, tokiomis kaip `cls-hooked`, arba teikia savo konteksto valdymo mechanizmus. Karkaso pasirinkimas dažnai nulemia tinkamiausią būdą tvarkyti užklausos apimties kintamuosius, tačiau pagrindiniai principai išlieka tie patys.

Pavyzdžiui, NestJS galite panaudoti `REQUEST` apimtį ir `AsyncLocalStorage` modulį užklausos kontekstui valdyti. Tai leidžia pasiekti konkrečiai užklausai skirtus duomenis paslaugose ir valdikliuose, palengvinant autentifikavimo, registravimo ir kitų su užklausa susijusių operacijų tvarkymą.

Praktiniai pavyzdžiai ir naudojimo atvejai

Panagrinėkime, kaip Async Context galima pritaikyti keliuose praktiniuose scenarijuose globaliose programose:

1. Registravimas ir sekimas

Įsivaizduokite paskirstytą sistemą su mikroservisais, įdiegtais skirtinguose regionuose (pvz., paslauga Singapūre Azijos vartotojams, paslauga Brazilijoje Pietų Amerikos vartotojams ir paslauga Vokietijoje Europos vartotojams). Kiekviena paslauga tvarko dalį viso užklausos apdorojimo. Naudodami Async Context, galite lengvai sugeneruoti ir perduoti unikalų koreliacijos ID kiekvienai užklausai, kai ji keliauja per sistemą. Šis ID gali būti pridedamas prie žurnalo įrašų, leidžiant sekti užklausos kelionę per kelias paslaugas, net per geografines ribas.

            
// Pseudo-code example (Illustrative)
const correlationId = generateCorrelationId();
asyncLocalStorage.run({ correlationId }, async () => {
  // Service 1
  log('Service 1: Request received', { correlationId });
  await callService2();
});

async function callService2() {
  // Service 2
  log('Service 2: Processing request', { correlationId: asyncLocalStorage.getStore().correlationId });
  // ... Call a database, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

Šis metodas leidžia efektyviai ir veiksmingai derinti, analizuoti našumą ir stebėti jūsų programą įvairiose geografinėse vietovėse. Apsvarstykite struktūrizuotą registravimą (pvz., JSON formatu), kad būtų lengviau analizuoti ir teikti užklausas skirtingose registravimo platformose (pvz., ELK Stack, Splunk).

2. Autentifikavimas ir autorizavimas

Pasaulinėje el. prekybos platformoje vartotojai iš skirtingų šalių gali turėti skirtingus leidimų lygius. Naudodami Async Context, galite saugoti vartotojo autentifikavimo informaciją (pvz., vartotojo ID, vaidmenis, leidimus) kontekste. Ši informacija tampa lengvai pasiekiama visoms programos dalims per visą užklausos gyvavimo ciklą. Šis metodas pašalina poreikį pakartotinai perduoti vartotojo autentifikavimo informaciją per funkcijų iškvietimus ar atlikti kelias duomenų bazės užklausas tam pačiam vartotojui. Šis metodas ypač naudingas, jei jūsų platforma palaiko vienkartinį prisijungimą (SSO) su tapatybės teikėjais iš įvairių šalių, tokių kaip Japonija, Australija ar Kanada, užtikrinant sklandų ir saugų patyrimą vartotojams visame pasaulyje.

            
// Pseudo-code
// Middleware
async function authenticateUser(req, res, next) {
  const user = await authenticate(req.headers.authorization); // Assume auth logic
  asyncLocalStorage.run({ user }, () => {
    next();
  });
}

// Inside a route handler
function getUserData() {
  const user = asyncLocalStorage.getStore().user;
  // Access user information, e.g., user.roles, user.country, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. Lokalizavimas ir internacionalizavimas (i18n)

Globali programa turi prisitaikyti prie vartotojo nuostatų, įskaitant kalbą, valiutą ir datos/laiko formatus. Pasitelkdami Async Context, galite saugoti lokalės ir kitus vartotojo nustatymus kontekste. Šie duomenys automatiškai perduodami visiems programos komponentams, leidžiant dinamiškai atvaizduoti turinį, konvertuoti valiutas ir formatuoti datą/laiką pagal vartotojo vietą ar pageidaujamą kalbą. Tai palengvina programų kūrimą tarptautinei bendruomenei nuo, pavyzdžiui, Argentinos iki Vietnamo.

            
// Pseudo-code
// Middleware
async function setLocale(req, res, next) {
  const userLocale = req.headers['accept-language'] || 'en-US';
  asyncLocalStorage.run({ locale: userLocale }, () => {
    next();
  });
}

// Inside a component
function formatPrice(price, currency) {
  const locale = asyncLocalStorage.getStore().locale;
  // Use a localization library (e.g., Intl) to format the price
  const formattedPrice = new Intl.NumberFormat(locale, { style: 'currency', currency }).format(price);
  return formattedPrice;
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. Klaidų tvarkymas ir pranešimas

Kai sudėtingoje, pasauliniu mastu paskirstytoje programoje įvyksta klaidų, labai svarbu surinkti pakankamai konteksto, kad būtų galima greitai diagnozuoti ir išspręsti problemą. Naudodami Async Context, galite praturtinti klaidų žurnalus konkrečios užklausos informacija, tokia kaip vartotojų ID, koreliacijos ID ar net vartotojo vieta. Tai palengvina pagrindinės klaidos priežasties nustatymą ir konkrečių paveiktų užklausų identifikavimą. Jei jūsų programa naudoja įvairias trečiųjų šalių paslaugas, tokias kaip mokėjimo šliuzus Singapūre ar debesijos saugyklą Australijoje, šios konteksto detalės tampa neįkainojamos sprendžiant problemas.

            
// Pseudo-code
try {
  // ... some operation ...
} catch (error) {
  const contextData = asyncLocalStorage.getStore();
  logError(error, { ...contextData }); // Include context information in the error log
  // ... handle the error ...
}

            

              
                Copy
              
            
          

Geroji praktika ir svarstymai

Nors Async Context siūlo daug privalumų, svarbu laikytis gerosios praktikos, kad būtų užtikrintas jo veiksmingas ir palaikomas įgyvendinimas:

• Naudokite tam skirtą biblioteką: Pasinaudokite bibliotekomis, tokiomis kaip `cls-hooked`, arba karkaso specifinėmis konteksto valdymo funkcijomis, kad supaprastintumėte ir optimizuotumėte konteksto perdavimą.
• Atkreipkite dėmesį į atminties naudojimą: Dideli konteksto objektai gali sunaudoti daug atminties. Saugokite tik tuos duomenis, kurie yra būtini dabartinei užklausai.
• Išvalykite kontekstus užklausos pabaigoje: Užtikrinkite, kad kontekstai būtų tinkamai išvalyti po užklausos pabaigos. Tai apsaugo nuo konteksto duomenų nutekėjimo į vėlesnes užklausas.
• Apsvarstykite klaidų tvarkymą: Įdiekite tvirtą klaidų tvarkymą, kad neapdorotos išimtys nesutrikdytų konteksto perdavimo.
• Kruopščiai testuokite: Rašykite išsamius testus, kad patikrintumėte, ar konteksto duomenys teisingai perduodami per visas asinchronines operacijas ir visuose scenarijuose. Apsvarstykite galimybę testuoti su vartotojais iš skirtingų pasaulio laiko juostų (pvz., testuojant skirtingu paros metu su vartotojais Londone, Pekine ar Niujorke).
• Dokumentacija: Aiškiai dokumentuokite savo konteksto valdymo strategiją, kad kūrėjai galėtų ją suprasti ir efektyviai su ja dirbti. Įtraukite šią dokumentaciją kartu su likusiu kodu.
• Venkite perteklinio naudojimo: Naudokite Async Context apgalvotai. Nelaikykite kontekste duomenų, kurie jau yra prieinami kaip funkcijų parametrai arba kurie nėra susiję su dabartine užklausa.
• Našumo aspektai: Nors pats Async Context paprastai nesukelia didelių našumo problemų, operacijos, kurias atliekate su kontekste esančiais duomenimis, gali paveikti našumą. Optimizuokite prieigą prie duomenų ir sumažinkite nereikalingus skaičiavimus.
• Saugumo aspektai: Niekada nesaugokite jautrių duomenų (pvz., slaptažodžių) tiesiogiai kontekste. Tvarkykite ir apsaugokite informaciją, kurią naudojate kontekste, ir visada laikykitės geriausių saugumo praktikų.

Išvada: suteikiant galių globalių programų kūrimui

JavaScript Async Context suteikia galingą ir elegantišką sprendimą užklausos apimties kintamiesiems valdyti šiuolaikinėse interneto programose. By embracing this technique, developers can build more robust, maintainable, and performant applications, especially those targeting a global audience. Nuo registravimo ir sekimo supaprastinimo iki autentifikavimo ir lokalizavimo palengvinimo, Async Context atveria daugybę privalumų, kurie leis jums sukurti tikrai mastelį keičiančias ir vartotojui draugiškas programas tarptautiniams vartotojams, sukuriant teigiamą poveikį jūsų pasauliniams vartotojams ir verslui.

Suprasdami principus, pasirinkdami tinkamus įrankius (pvz., `async_hooks` ar bibliotekas, tokias kaip `cls-hooked`) ir laikydamiesi gerosios praktikos, galite išnaudoti Async Context galią, kad pakeltumėte savo kūrimo darbo eigą ir sukurtumėte išskirtinę vartotojo patirtį įvairialypei ir pasaulinei vartotojų bazei. Nesvarbu, ar kuriate mikroservisų architektūrą, didelio masto el. prekybos platformą ar paprastą API, Async Context supratimas ir efektyvus naudojimas yra labai svarbus sėkmei šiandieniniame greitai besikeičiančiame interneto kūrimo pasaulyje.