JavaScript Async Local Storage: Konteksto Valdymo Įvaldymas Asinchroninėse Aplinkose

Asinchroninis programavimas yra esminis šiuolaikiniame JavaScript, ypač Node.js serverio pusės programose ir vis dažniau naršyklėje. Tačiau valdyti kontekstą – duomenis, būdingus konkrečiai užklausai, vartotojo sesijai ar transakcijai – per asinchronines operacijas gali būti sudėtinga. Standartiniai metodai, tokie kaip duomenų perdavimas per funkcijų iškvietimus, gali tapti griozdiški ir linkę į klaidas, ypač sudėtingose programose. Štai čia Async Local Storage (ALS) pasirodo kaip galingas sprendimas.

Kas yra Async Local Storage (ALS)?

Async Local Storage (ALS) suteikia būdą saugoti duomenis, kurie yra lokalūs konkrečiai asinchroninei operacijai. Galvokite apie tai kaip apie „thread-local storage“ (gijos lokalią saugyklą) kitose programavimo kalbose, pritaikytą JavaScript vienos gijos, įvykiais pagrįstam modeliui. ALS leidžia susieti duomenis su esamu asinchroniniu vykdymo kontekstu, padarant juos prieinamus visoje asinchroninių iškvietimų grandinėje, aiškiai neperduodant jų kaip argumentų.

Iš esmės, ALS sukuria saugojimo erdvę, kuri automatiškai plinta per asinchronines operacijas, inicijuotas tame pačiame kontekste. Tai supaprastina konteksto valdymą ir žymiai sumažina šabloninio kodo, reikalingo būsenai palaikyti per asinchronines ribas, kiekį.

Kodėl Verta Naudoti Async Local Storage?

ALS suteikia keletą esminių pranašumų asinchroniniame JavaScript programavime:

• Supaprastintas Konteksto Valdymas: Išvenkite konteksto kintamųjų perdavimo per kelis funkcijų iškvietimus, sumažinant kodo netvarką ir pagerinant skaitomumą.
• Patobulintas Derinimas: Lengvai sekite užklausai būdingus duomenis per visą asinchroninių iškvietimų dėklą, palengvinant derinimą ir problemų šalinimą.
• Mažiau Šabloninio Kodo: Pašalinkite poreikį rankiniu būdu platinti kontekstą, kas lemia švaresnį ir lengviau prižiūrimą kodą.
• Pagerintas Našumas: Konteksto platinimas yra atliekamas automatiškai, sumažinant našumo sąnaudas, susijusias su rankiniu konteksto perdavimu.
• Centralizuota Prieiga prie Konteksto: Suteikia vieną, aiškiai apibrėžtą vietą prieigai prie konteksto duomenų, supaprastinant prieigą ir modifikavimą.

Async Local Storage Panaudojimo Atvejai

ALS yra ypač naudingas scenarijuose, kur reikia sekti užklausai būdingus duomenis per asinchronines operacijas. Štai keletas dažniausių panaudojimo atvejų:

1. Užklausų Sekimas Interneto Serveriuose

Interneto serveryje kiekviena įeinanti užklausa gali būti traktuojama kaip atskiras asinchroninis kontekstas. ALS gali būti naudojamas saugoti užklausai būdingą informaciją, tokią kaip užklausos ID, vartotojo ID, autentifikavimo raktą ir kitus susijusius duomenis. Tai leidžia lengvai pasiekti šią informaciją iš bet kurios programos dalies, kuri apdoroja užklausą, įskaitant tarpinę programinę įrangą (middleware), valdiklius ir duomenų bazės užklausas.

Pavyzdys (Node.js su Express):

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(`Užklausa ${requestId} pradėta`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Apdorojama užklausa ${requestId}`);
  res.send(`Sveiki, Užklausos ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Serveris klauso prievado 3000');
});

Šiame pavyzdyje kiekvienai įeinančiai užklausai priskiriamas unikalus užklausos ID, kuris saugomas Async Local Storage. Šį ID vėliau galima pasiekti iš bet kurios užklausos apdorojimo dalies, leidžiant sekti užklausą per visą jos gyvavimo ciklą.

2. Vartotojų Sesijų Valdymas

ALS taip pat galima naudoti vartotojų sesijoms valdyti. Kai vartotojas prisijungia, galite saugoti vartotojo sesijos duomenis (pvz., vartotojo ID, roles, leidimus) ALS. Tai leidžia lengvai pasiekti vartotojo sesijos duomenis iš bet kurios programos dalies, kuriai jų reikia, nereikalaujant jų perduoti kaip argumentų.

Pavyzdys:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Imituojama autentifikacija
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('Vartotojas autentifikuotas, sesija išsaugota ALS');
      return true;
    });
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

function getUserSession() {
  return asyncLocalStorage.getStore() ? asyncLocalStorage.getStore().get('userSession') : null;
}

function someAsyncOperation() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const userSession = getUserSession();
      if (userSession) {
        console.log(`Asinchroninė operacija: Vartotojo ID: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Asinchroninė operacija: Vartotojo sesija nerasta');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

async function main() {
  if (authenticateUser('user', 'password')) {
    await someAsyncOperation();
  } else {
    console.log('Autentifikacija nepavyko');
  }
}

main();

Šiame pavyzdyje, po sėkmingos autentifikacijos, vartotojo sesija yra išsaugoma ALS. Funkcija `someAsyncOperation` vėliau gali pasiekti šiuos sesijos duomenis, nereikalaujant, kad jie būtų aiškiai perduoti kaip argumentas.

3. Transakcijų Valdymas

Duomenų bazių transakcijose ALS galima naudoti transakcijos objektui saugoti. Tai leidžia pasiekti transakcijos objektą iš bet kurios programos dalies, kuri dalyvauja transakcijoje, užtikrinant, kad visos operacijos būtų atliekamos toje pačioje transakcijos apimtyje.

4. Registravimas ir Auditas

ALS galima naudoti kontekstui būdingai informacijai saugoti registravimo ir audito tikslais. Pavyzdžiui, galite saugoti vartotojo ID, užklausos ID ir laiko žymą ALS, o vėliau įtraukti šią informaciją į savo žurnalo pranešimus. Tai palengvina vartotojų veiklos sekimą ir galimų saugumo problemų nustatymą.

Kaip Naudoti Async Local Storage

Async Local Storage naudojimas apima tris pagrindinius žingsnius:

1. Sukurti AsyncLocalStorage egzempliorių: Sukurkite `AsyncLocalStorage` klasės egzempliorių.
2. Vykdyti Kodą Kontekste: Naudokite `run()` metodą kodui vykdyti konkrečiame kontekste. `run()` metodas priima du argumentus: saugyklą (paprastai `Map` arba objektą) ir atgalinio ryšio funkciją. Saugykla bus prieinama visoms asinchroninėms operacijoms, inicijuotoms atgalinio ryšio funkcijoje.
3. Pasiekti Saugyklą: Naudokite `getStore()` metodą, kad pasiektumėte saugyklą iš asinchroninio konteksto vidaus.

Pavyzdys:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const value = asyncLocalStorage.getStore().get('myKey');
      console.log('Reikšmė iš ALS:', value);
      resolve();
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('myKey', 'Sveikinimai iš ALS!');
    await doSomethingAsync();
  });
}

main();

AsyncLocalStorage API

`AsyncLocalStorage` klasė suteikia šiuos metodus:

• constructor(): Sukuria naują AsyncLocalStorage egzempliorių.
• run(store, callback, ...args): Vykdo pateiktą atgalinio ryšio funkciją kontekste, kuriame yra prieinama nurodyta saugykla. Saugykla paprastai yra `Map` arba paprastas JavaScript objektas. Visos asinchroninės operacijos, inicijuotos atgalinio ryšio funkcijoje, paveldės šį kontekstą. Papildomi argumentai gali būti perduoti atgalinio ryšio funkcijai.
• getStore(): Grąžina esamą saugyklą dabartiniam asinchroniniam kontekstui. Grąžina `undefined`, jei su dabartiniu kontekstu nėra susieta jokia saugykla.
• disable(): Išjungia AsyncLocalStorage egzempliorių. Išjungus, `run()` ir `getStore()` nebeveiks.

Svarstymai ir Gerosios Praktikos

Nors ALS yra galingas įrankis, svarbu jį naudoti apgalvotai. Štai keletas svarstymų ir gerųjų praktikų:

• Vengti Pernelyg Didelio Naudojimo: Nenaudokite ALS viskam. Naudokite jį tik tada, kai reikia sekti kontekstą per asinchronines ribas. Apsvarstykite paprastesnius sprendimus, pavyzdžiui, įprastus kintamuosius, jei konteksto nereikia platinti per asinchroninius iškvietimus.
• Našumas: Nors ALS paprastai yra efektyvus, pernelyg didelis naudojimas gali paveikti našumą. Matuokite ir optimizuokite savo kodą pagal poreikį. Atkreipkite dėmesį į saugyklos, kurią dedate į ALS, dydį. Dideli objektai gali paveikti našumą, ypač jei inicijuojama daug asinchroninių operacijų.
• Konteksto Valdymas: Užtikrinkite, kad tinkamai valdote saugyklos gyvavimo ciklą. Sukurkite naują saugyklą kiekvienai užklausai ar sesijai ir išvalykite ją, kai ji nebėra reikalinga. Nors pats ALS padeda valdyti apimtį, duomenys *saugykloje* vis tiek reikalauja tinkamo tvarkymo ir šiukšlių surinkimo.
• Klaidų Apdorojimas: Būkite atidūs klaidų apdorojimui. Jei asinchroninėje operacijoje įvyksta klaida, kontekstas gali būti prarastas. Apsvarstykite `try-catch` blokų naudojimą klaidoms tvarkyti ir užtikrinti, kad kontekstas būtų tinkamai palaikomas.
• Derinimas: ALS pagrindu sukurtų programų derinimas gali būti sudėtingas. Naudokite derinimo įrankius ir registravimą, kad sektumėte vykdymo eigą ir nustatytumėte galimas problemas.
• Suderinamumas: ALS yra prieinamas Node.js 14.5.0 ir vėlesnėse versijose. Prieš naudodami, įsitikinkite, kad jūsų aplinka palaiko ALS. Senesnėms Node.js versijoms apsvarstykite alternatyvių sprendimų, tokių kaip „continuation-local storage“ (CLS), naudojimą, nors jie gali turėti skirtingas našumo charakteristikas ir API.

Alternatyvos Async Local Storage

Prieš atsirandant ALS, programuotojai dažnai rėmėsi kitomis technikomis kontekstui valdyti asinchroniniame JavaScript. Štai keletas dažniausių alternatyvų:

• Aiškus Konteksto Perdavimas: Konteksto kintamųjų perdavimas kaip argumentų kiekvienai funkcijai iškvietimų grandinėje. Šis metodas yra paprastas, bet gali tapti varginantis ir linkęs į klaidas sudėtingose programose. Jis taip pat apsunkina kodo pertvarkymą, nes keičiant konteksto duomenis reikia keisti daugelio funkcijų parašus.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS suteikia panašią funkciją kaip ALS, bet yra pagrįstas kitokiu mechanizmu. CLS naudoja „monkey-patching“ metodą, kad perimtų asinchronines operacijas ir platintų kontekstą. Šis metodas gali būti sudėtingesnis ir turėti įtakos našumui.
• Bibliotekos ir Karkasai: Kai kurios bibliotekos ir karkasai suteikia savo konteksto valdymo mechanizmus. Pavyzdžiui, Express.js suteikia tarpinę programinę įrangą užklausai būdingiems duomenims valdyti.

Nors šios alternatyvos gali būti naudingos tam tikrose situacijose, ALS siūlo elegantiškesnį ir efektyvesnį sprendimą kontekstui valdyti asinchroniniame JavaScript.

Išvados

Async Local Storage (ALS) yra galingas įrankis kontekstui valdyti asinchroninėse JavaScript programose. Suteikdamas būdą saugoti duomenis, kurie yra lokalūs konkrečiai asinchroninei operacijai, ALS supaprastina konteksto valdymą, pagerina derinimą ir sumažina šabloninio kodo kiekį. Nesvarbu, ar kuriate interneto serverį, valdote vartotojų sesijas, ar tvarkote duomenų bazių transakcijas, ALS gali padėti jums rašyti švaresnį, lengviau prižiūrimą ir efektyvesnį kodą.

Asinchroninis programavimas JavaScript tampa vis labiau paplitęs, todėl suprasti tokius įrankius kaip ALS tampa vis svarbiau. Suprasdami jo tinkamą naudojimą ir apribojimus, programuotojai gali kurti tvirtesnes ir lengviau valdomas programas, galinčias plėstis ir prisitaikyti prie įvairių vartotojų poreikių visame pasaulyje. Eksperimentuokite su ALS savo projektuose ir atraskite, kaip jis gali supaprastinti jūsų asinchronines darbo eigas ir pagerinti bendrą programos architektūrą.

Papildomi Ištekliai

• Node.js AsyncLocalStorage Dokumentacija
• async-local-storage npm paketas (senesnėms Node.js versijoms)
• Async Local Storage in Node.js - YouTube