JavaScript asinhronais konteksts: demistificēti pieprasījuma tvēruma mainīgie

Asinhronā programmēšana ir mūsdienu JavaScript stūrakmens, īpaši tādās vidēs kā Node.js, kur vienlaicīgu pieprasījumu apstrāde ir vissvarīgākā. Tomēr stāvokļa un atkarību pārvaldība starp asinhronām operācijām var ātri kļūt sarežģīta. Pieprasījuma tvēruma mainīgie, kas ir pieejami visa viena pieprasījuma dzīves cikla laikā, piedāvā spēcīgu risinājumu. Šis raksts iedziļinās JavaScript asinhronā konteksta koncepcijā, koncentrējoties uz pieprasījuma tvēruma mainīgajiem un to efektīvas pārvaldības metodēm. Mēs izpētīsim dažādas pieejas, sākot no vietējiem moduļiem līdz trešo pušu bibliotēkām, sniedzot praktiskus piemērus un ieskatus, lai palīdzētu jums veidot robustas un uzturamas lietojumprogrammas.

Izpratne par asinhrono kontekstu JavaScript

JavaScript viena pavediena daba apvienojumā ar tā notikumu cilpu (event loop) ļauj veikt nebloķējošas operācijas. Šī asinhronitāte ir būtiska, lai veidotu atsaucīgas lietojumprogrammas. Tomēr tā rada arī izaicinājumus konteksta pārvaldībā. Sinhronā vidē mainīgo tvērums dabiski ir funkciju un bloku ietvaros. Turpretī asinhronas operācijas var būt izkliedētas pa vairākām funkcijām un notikumu cilpas iterācijām, kas apgrūtina konsekventa izpildes konteksta uzturēšanu.

Apsveriet tīmekļa serveri, kas vienlaicīgi apstrādā vairākus pieprasījumus. Katram pieprasījumam ir nepieciešams savs datu kopums, piemēram, lietotāja autentifikācijas informācija, pieprasījuma ID žurnalēšanai un datu bāzes savienojumi. Bez mehānisma šo datu izolēšanai jūs riskējat ar datu bojājumiem un neparedzētu uzvedību. Šeit noder pieprasījuma tvēruma mainīgie.

Kas ir pieprasījuma tvēruma mainīgie?

Pieprasījuma tvēruma mainīgie ir mainīgie, kas ir specifiski vienam pieprasījumam vai transakcijai asinhronā sistēmā. Tie ļauj uzglabāt un piekļūt datiem, kas ir relevanti tikai pašreizējam pieprasījumam, nodrošinot izolāciju starp vienlaicīgām operācijām. Iedomājieties tos kā veltītu krātuves vietu, kas piesaistīta katram ienākošajam pieprasījumam un saglabājas visos asinhronajos izsaukumos, kas tiek veikti, apstrādājot šo pieprasījumu. Tas ir būtiski, lai uzturētu datu integritāti un paredzamību asinhronās vidēs.

Šeit ir daži galvenie lietošanas gadījumi:

• Lietotāja autentifikācija: Lietotāja informācijas glabāšana pēc autentifikācijas, padarot to pieejamu visām turpmākajām operācijām pieprasījuma dzīves ciklā.
• Pieprasījuma ID žurnalēšanai un trasēšanai: Unikāla ID piešķiršana katram pieprasījumam un tā izplatīšana sistēmā, lai korelētu žurnāla ziņojumus un izsekotu izpildes ceļu.
• Datu bāzes savienojumi: Datu bāzes savienojumu pārvaldība katram pieprasījumam, lai nodrošinātu pareizu izolāciju un novērstu savienojumu noplūdes.
• Konfigurācijas iestatījumi: Pieprasījumam specifiskas konfigurācijas vai iestatījumu glabāšana, kuriem var piekļūt dažādas lietojumprogrammas daļas.
• Transakciju pārvaldība: Transakcijas stāvokļa pārvaldība viena pieprasījuma ietvaros.

Pieejas pieprasījuma tvēruma mainīgo ieviešanai

JavaScript var izmantot vairākas pieejas pieprasījuma tvēruma mainīgo ieviešanai. Katrai pieejai ir savi kompromisi sarežģītības, veiktspējas un saderības ziņā. Apskatīsim dažas no visbiežāk sastopamajām metodēm.

1. Manuāla konteksta nodošana

Visvienkāršākā pieeja ietver manuālu konteksta informācijas nodošanu kā argumentus katrai asinhronajai funkcijai. Lai gan šī metode ir viegli saprotama, tā var ātri kļūt apgrūtinoša un pakļauta kļūdām, īpaši dziļi ligzdotos asinhronos izsaukumos.

Piemērs:

function handleRequest(req, res) {
  const userId = authenticateUser(req);
  processData(userId, req, res);
}

function processData(userId, req, res) {
  fetchDataFromDatabase(userId, (err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, req, res);
    }
    renderResponse(data, userId, req, res);
  });
}

function renderResponse(data, userId, req, res) {
  // Use userId to personalize the response
  res.end(`Hello, user ${userId}! Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

Kā redzams, mēs manuāli nododam `userId`, `req` un `res` katrai funkcijai. To kļūst arvien grūtāk pārvaldīt sarežģītākās asinhronās plūsmās.

Trūkumi:

• Standarta koda daudzums: Konteksta eksplicīta nodošana katrai funkcijai rada daudz lieka koda.
• Pakļauts kļūdām: Ir viegli aizmirst nodot kontekstu, kas noved pie kļūdām.
• Refaktorēšanas grūtības: Konteksta maiņa prasa katras funkcijas signatūras modificēšanu.
• Cieša saistība: Funkcijas kļūst cieši saistītas ar konkrēto kontekstu, ko tās saņem.

2. AsyncLocalStorage (Node.js v14.5.0+)

Node.js ieviesa `AsyncLocalStorage` kā iebūvētu mehānismu konteksta pārvaldībai starp asinhronām operācijām. Tas nodrošina veidu, kā uzglabāt datus, kas ir pieejami visa asinhronā uzdevuma dzīves cikla laikā. Šī parasti ir ieteicamā pieeja mūsdienu Node.js lietojumprogrammām. `AsyncLocalStorage` darbojas, izmantojot `run` un `enterWith` metodes, lai nodrošinātu pareizu konteksta izplatīšanu.

Piemērs:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function handleRequest(req, res) {
  const requestId = generateRequestId();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    processData(res);
  });
}

function processData(res) {
  fetchDataFromDatabase((err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, res);
    }
    renderResponse(data, res);
  });
}

function fetchDataFromDatabase(callback) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // ... fetch data using the request ID for logging/tracing
  setTimeout(() => {
    callback(null, { message: 'Data from database' });
  }, 100);
}

function renderResponse(data, res) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.end(`Request ID: ${requestId}, Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

Šajā piemērā `asyncLocalStorage.run` izveido jaunu kontekstu (kas tiek attēlots ar `Map`) un izpilda norādīto atzvanīšanas funkciju (callback) šajā kontekstā. `requestId` tiek saglabāts kontekstā un ir pieejams `fetchDataFromDatabase` un `renderResponse` funkcijās, izmantojot `asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')`. Līdzīgi tiek padarīts pieejams `req`. Anonīmā funkcija ietver galveno loģiku. Jebkura asinhronā operācija šīs funkcijas ietvaros automātiski pārmantos kontekstu.

Priekšrocības:

• Iebūvēts: Mūsdienu Node.js versijās nav nepieciešamas ārējas atkarības.
• Automātiska konteksta izplatīšana: Konteksts tiek automātiski izplatīts starp asinhronām operācijām.
• Tipu drošība: TypeScript lietošana var palīdzēt uzlabot tipu drošību, piekļūstot konteksta mainīgajiem.
• Skaidra atbildības jomu nošķiršana: Funkcijām nav nepieciešams būt eksplicīti informētām par kontekstu.

Trūkumi:

• Nepieciešama Node.js v14.5.0 vai jaunāka versija: Vecākas Node.js versijas netiek atbalstītas.
• Neliels veiktspējas virsizdevums: Ar konteksta pārslēgšanu ir saistīts neliels veiktspējas virsizdevums.
• Manuāla krātuves pārvaldība: `run` metodei ir jāpadod krātuves objekts, tādēļ katram pieprasījumam ir jāizveido `Map` vai līdzīgs objekts.

3. cls-hooked (Continuation-Local Storage)

`cls-hooked` ir bibliotēka, kas nodrošina turpinājuma lokālo krātuvi (Continuation-Local Storage - CLS), ļaujot saistīt datus ar pašreizējo izpildes kontekstu. Tā daudzus gadus ir bijusi populāra izvēle pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldībai Node.js, pastāvot pirms vietējā `AsyncLocalStorage`. Lai gan tagad parasti priekšroka tiek dota `AsyncLocalStorage`, `cls-hooked` joprojām ir dzīvotspējīgs variants, īpaši mantotām koda bāzēm vai atbalstot vecākas Node.js versijas. Tomēr jāpatur prātā, ka tam ir ietekme uz veiktspēju.

Piemērs:

const cls = require('cls-hooked');
const namespace = cls.createNamespace('my-app');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

cls.getNamespace = () => namespace;

const express = require('express');
const app = express();

app.use((req, res, next) => {
  namespace.run(() => {
    const requestId = uuidv4();
    namespace.set('requestId', requestId);
    namespace.set('request', req);
    next();
  });
});

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

app.get('/data', (req, res) => {
  const requestId = namespace.get('requestId');

  setTimeout(() => {
    // Simulate asynchronous operation
    console.log(`Asynchronous operation - Request ID: ${requestId}`);
    res.send(`Data, Request ID: ${requestId}`);
  }, 500);
});

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

Šajā piemērā `cls.createNamespace` izveido nosaukumvietu (namespace) pieprasījuma tvēruma datu glabāšanai. Starpprogrammatūra (middleware) ietin katru pieprasījumu `namespace.run`, kas izveido kontekstu pieprasījumam. `namespace.set` saglabā `requestId` kontekstā, un `namespace.get` to vēlāk izgūst pieprasījuma apstrādātājā un simulētās asinhronās operācijas laikā. UUID tiek izmantots, lai izveidotu unikālus pieprasījuma ID.

Priekšrocības:

• Plaši izmantots: `cls-hooked` daudzus gadus ir bijusi populāra izvēle, un tai ir liela kopiena.
• Vienkāršs API: API ir salīdzinoši viegli lietojams un saprotams.
• Atbalsta vecākas Node.js versijas: Tas ir saderīgs ar vecākām Node.js versijām.

Trūkumi:

• Veiktspējas virsizdevums: `cls-hooked` paļaujas uz “monkey-patching” metodi, kas var radīt veiktspējas virsizdevumu. Tas var būt būtiski lietojumprogrammās ar augstu caurlaidspēju.
• Konfliktu potenciāls: “Monkey-patching” var potenciāli radīt konfliktus ar citām bibliotēkām.
• Uzturēšanas apsvērumi: Tā kā `AsyncLocalStorage` ir vietējais risinājums, nākotnes izstrādes un uzturēšanas centieni, visticamāk, tiks koncentrēti uz to.

4. Zone.js

Zone.js ir bibliotēka, kas nodrošina izpildes kontekstu, ko var izmantot asinhrono operāciju izsekošanai. Lai gan galvenokārt pazīstama ar tās lietošanu Angular ietvarā, Zone.js var izmantot arī Node.js, lai pārvaldītu pieprasījuma tvēruma mainīgos. Tomēr tas ir sarežģītāks un smagāks risinājums salīdzinājumā ar `AsyncLocalStorage` vai `cls-hooked`, un parasti nav ieteicams, ja vien jūs jau neizmantojat Zone.js savā lietojumprogrammā.

Priekšrocības:

• Visaptverošs konteksts: Zone.js nodrošina ļoti visaptverošu izpildes kontekstu.
• Integrācija ar Angular: Nevainojama integrācija ar Angular lietojumprogrammām.

Trūkumi:

• Sarežģītība: Zone.js ir sarežģīta bibliotēka ar stāvu apguves līkni.
• Veiktspējas virsizdevums: Zone.js var radīt ievērojamu veiktspējas virsizdevumu.
• Pārmērīgs risinājums vienkāršiem pieprasījuma tvēruma mainīgajiem: Tas ir pārmērīgs risinājums vienkāršai pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldībai.

5. Starpprogrammatūras funkcijas (Middleware)

Tīmekļa lietojumprogrammu ietvaros, piemēram, Express.js, starpprogrammatūras funkcijas (middleware) nodrošina ērtu veidu, kā pārtvert pieprasījumus un veikt darbības, pirms tie sasniedz maršruta apstrādātājus (route handlers). Jūs varat izmantot starpprogrammatūru, lai iestatītu pieprasījuma tvēruma mainīgos un padarītu tos pieejamus nākamajām starpprogrammatūrām un maršruta apstrādātājiem. To bieži apvieno ar citām metodēm, piemēram, `AsyncLocalStorage`.

Piemērs (izmantojot AsyncLocalStorage ar Express starpprogrammatūru):

const express = require('express');
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

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

// Middleware to set request-scoped variables
app.use((req, res, next) => {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    const requestId = uuidv4();
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    next();
  });
});

// Route handler
app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.send(`Hello! Request ID: ${requestId}`);
});

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

Šis piemērs demonstrē, kā izmantot starpprogrammatūru, lai iestatītu `requestId` `AsyncLocalStorage` krātuvē, pirms pieprasījums sasniedz maršruta apstrādātāju. Pēc tam maršruta apstrādātājs var piekļūt `requestId` no `AsyncLocalStorage`.

Priekšrocības:

• Centralizēta konteksta pārvaldība: Starpprogrammatūras funkcijas nodrošina centralizētu vietu pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldībai.
• Skaidra atbildības jomu nošķiršana: Maršruta apstrādātājiem nav jābūt tieši iesaistītiem konteksta izveidē.
• Viegla integrācija ar ietvariem: Starpprogrammatūras funkcijas ir labi integrētas ar tīmekļa lietojumprogrammu ietvariem, piemēram, Express.js.

Trūkumi:

• Nepieciešams ietvars: Šī pieeja galvenokārt ir piemērota tīmekļa lietojumprogrammu ietvariem, kas atbalsta starpprogrammatūru.
• Paļaujas uz citām metodēm: Starpprogrammatūra parasti ir jāapvieno ar kādu no citām metodēm (piem., `AsyncLocalStorage`, `cls-hooked`), lai faktiski saglabātu un izplatītu kontekstu.

Labākā prakse pieprasījuma tvēruma mainīgo lietošanai

Šeit ir dažas labākās prakses, kas jāņem vērā, lietojot pieprasījuma tvēruma mainīgos:

• Izvēlieties pareizo pieeju: Izvēlieties pieeju, kas vislabāk atbilst jūsu vajadzībām, ņemot vērā tādus faktorus kā Node.js versija, veiktspējas prasības un sarežģītība. Parasti `AsyncLocalStorage` tagad ir ieteicamais risinājums mūsdienu Node.js lietojumprogrammām.
• Lietojiet konsekventu nosaukumu piešķiršanas konvenciju: Izmantojiet konsekventu nosaukumu piešķiršanas konvenciju saviem pieprasījuma tvēruma mainīgajiem, lai uzlabotu koda lasāmību un uzturēšanu. Piemēram, visiem pieprasījuma tvēruma mainīgajiem pievienojiet prefiksu `req_`.
• Dokumentējiet savu kontekstu: Skaidri dokumentējiet katra pieprasījuma tvēruma mainīgā mērķi un to, kā tas tiek izmantots lietojumprogrammā.
• Izvairieties no sensitīvu datu tiešas glabāšanas: Apsveriet sensitīvu datu šifrēšanu vai maskēšanu pirms to glabāšanas pieprasījuma kontekstā. Izvairieties no tādu noslēpumu kā paroles tiešas glabāšanas.
• Attīriet kontekstu: Dažos gadījumos jums var būt nepieciešams attīrīt kontekstu pēc pieprasījuma apstrādes, lai izvairītos no atmiņas noplūdēm vai citām problēmām. Ar `AsyncLocalStorage` konteksts tiek automātiski notīrīts, kad `run` atzvanīšanas funkcija pabeidz darbu, bet ar citām pieejām, piemēram, `cls-hooked`, jums var būt nepieciešams eksplicīti notīrīt nosaukumvietu.
• Pievērsiet uzmanību veiktspējai: Apzinieties pieprasījuma tvēruma mainīgo lietošanas ietekmi uz veiktspēju, īpaši ar tādām pieejām kā `cls-hooked`, kas paļaujas uz “monkey-patching”. Rūpīgi pārbaudiet savu lietojumprogrammu, lai identificētu un novērstu jebkādas veiktspējas problēmas.
• Izmantojiet TypeScript tipu drošībai: Ja izmantojat TypeScript, izmantojiet to, lai definētu sava pieprasījuma konteksta struktūru un nodrošinātu tipu drošību, piekļūstot konteksta mainīgajiem. Tas samazina kļūdas un uzlabo uzturēšanu.
• Apsveriet žurnalēšanas bibliotēkas izmantošanu: Integrējiet savus pieprasījuma tvēruma mainīgos ar žurnalēšanas bibliotēku, lai automātiski iekļautu konteksta informāciju savos žurnāla ziņojumos. Tas atvieglo pieprasījumu izsekošanu un problēmu atkļūdošanu. Populāras žurnalēšanas bibliotēkas, piemēram, Winston un Morgan, atbalsta konteksta izplatīšanu.
• Izmantojiet korelācijas ID dalītai trasēšanai: Strādājot ar mikropakalpojumiem vai dalītām sistēmām, izmantojiet korelācijas ID, lai izsekotu pieprasījumus starp vairākiem pakalpojumiem. Korelācijas ID var saglabāt pieprasījuma kontekstā un izplatīt citiem pakalpojumiem, izmantojot HTTP galvenes vai citus mehānismus.

Reālās pasaules piemēri

Apskatīsim dažus reālās pasaules piemērus, kā pieprasījuma tvēruma mainīgos var izmantot dažādos scenārijos:

• E-komercijas lietojumprogramma: E-komercijas lietojumprogrammā jūs varat izmantot pieprasījuma tvēruma mainīgos, lai glabātu informāciju par lietotāja iepirkumu grozu, piemēram, preces grozā, piegādes adresi un maksājuma veidu. Šai informācijai var piekļūt dažādas lietojumprogrammas daļas, piemēram, produktu katalogs, norēķinu process un pasūtījumu apstrādes sistēma.
• Finanšu lietojumprogramma: Finanšu lietojumprogrammā jūs varat izmantot pieprasījuma tvēruma mainīgos, lai glabātu informāciju par lietotāja kontu, piemēram, konta atlikumu, transakciju vēsturi un investīciju portfeli. Šai informācijai var piekļūt dažādas lietojumprogrammas daļas, piemēram, kontu pārvaldības sistēma, tirdzniecības platforma un atskaišu sistēma.
• Veselības aprūpes lietojumprogramma: Veselības aprūpes lietojumprogrammā jūs varat izmantot pieprasījuma tvēruma mainīgos, lai glabātu informāciju par pacientu, piemēram, pacienta medicīnisko vēsturi, pašreizējās zāles un alerģijas. Šai informācijai var piekļūt dažādas lietojumprogrammas daļas, piemēram, elektroniskā veselības ierakstu (EHR) sistēma, recepšu izrakstīšanas sistēma un diagnostikas sistēma.
• Globāla satura pārvaldības sistēma (CMS): CMS, kas apstrādā saturu vairākās valodās, var glabāt lietotāja vēlamo valodu pieprasījuma tvēruma mainīgajos. Tas ļauj lietojumprogrammai automātiski pasniegt saturu pareizajā valodā visā lietotāja sesijas laikā. Tas nodrošina lokalizētu pieredzi, ievērojot lietotāja valodas preferences.
• Vairāku īrnieku SaaS lietojumprogramma: "Programmatūra kā pakalpojums" (SaaS) lietojumprogrammā, kas apkalpo vairākus īrniekus (tenants), īrnieka ID var glabāt pieprasījuma tvēruma mainīgajos. Tas ļauj lietojumprogrammai izolēt datus un resursus katram īrniekam, nodrošinot datu privātumu un drošību. Tas ir vitāli svarīgi, lai uzturētu vairāku īrnieku arhitektūras integritāti.

Noslēgums

Pieprasījuma tvēruma mainīgie ir vērtīgs rīks stāvokļa un atkarību pārvaldībai asinhronās JavaScript lietojumprogrammās. Nodrošinot mehānismu datu izolēšanai starp vienlaicīgiem pieprasījumiem, tie palīdz nodrošināt datu integritāti, uzlabot koda uzturēšanu un vienkāršot atkļūdošanu. Lai gan manuāla konteksta nodošana ir iespējama, mūsdienīgi risinājumi, piemēram, Node.js `AsyncLocalStorage`, nodrošina robustāku un efektīvāku veidu asinhronā konteksta apstrādei. Rūpīgi izvēloties pareizo pieeju, ievērojot labāko praksi un integrējot pieprasījuma tvēruma mainīgos ar žurnalēšanas un trasēšanas rīkiem, var ievērojami uzlabot jūsu asinhronā JavaScript koda kvalitāti un uzticamību. Asinhronie konteksti var kļūt īpaši noderīgi mikropakalpojumu arhitektūrās.

Tā kā JavaScript ekosistēma turpina attīstīties, ir svarīgi sekot līdzi jaunākajām metodēm asinhronā konteksta pārvaldībā, lai veidotu mērogojamas, uzturamas un robustas lietojumprogrammas. `AsyncLocalStorage` piedāvā tīru un veiktspējīgu risinājumu pieprasījuma tvēruma mainīgajiem, un tā pieņemšana ir ļoti ieteicama jauniem projektiem. Tomēr ir svarīgi izprast dažādu pieeju kompromisus, ieskaitot mantotus risinājumus, piemēram, `cls-hooked`, lai uzturētu un migrētu esošās koda bāzes. Apgūstiet šīs metodes, lai pārvaldītu asinhronās programmēšanas sarežģītību un veidotu uzticamākas un efektīvākas JavaScript lietojumprogrammas globālai auditorijai.