JavaScript Asinhronais konteksts: Pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldīšana

Asinhronā programmēšana ir mūsdienu JavaScript izstrādes stūrakmens, īpaši tādās vidēs kā Node.js, kur nebloķējošā I/O ir būtiska veiktspējai. Tomēr konteksta pārvaldīšana asinhronajās operācijās var būt izaicinājums. Šeit nāk talkā JavaScript asinhronais konteksts, īpaši AsyncLocalStorage.

Kas ir asinhronais konteksts?

Asinhronais konteksts attiecas uz spēju saistīt datus ar asinhrono operāciju, kas saglabājas tās dzīves cikla laikā. Tas ir būtiski scenārijos, kad ir jāuztur informācija par pieprasījuma tvērumu (piemēram, lietotāja ID, pieprasījuma ID, izsekošanas informācija) vairāku asinhrono zvanu laikā. Bez pareizas konteksta pārvaldības kļūdu labošana, reģistrēšana un drošība var kļūt ievērojami sarežģītāka.

Konteksta saglabāšanas izaicinājums asinhronajās operācijās

Tradicionālās pieejas konteksta pārvaldīšanai, piemēram, mainīgo pārsūtīšana tieši caur funkciju zvaniem, var kļūt apgrūtinošas un kļūdām pakļautas, palielinoties asinhronā koda sarežģītībai. Atzvanīšanas elle un solījumu ķēdes var aizēnot konteksta plūsmu, izraisot uzturēšanas problēmas un iespējamus drošības riskus. Apsveriet šo vienkāršoto piemēru:

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

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

Šajā piemērā userId atkārtoti tiek pārsūtīts lejup caur ligzdotām atzvanīšanām. Šī pieeja ir ne tikai izvērsta, bet arī cieši saista funkcijas, padarot tās mazāk atkārtoti izmantojamas un grūtāk testējamas.

Iepazīstinām ar AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage ir iebūvēts modulis Node.js, kas nodrošina mehānismu datu glabāšanai, kas ir lokāli konkrētam asinhronajam kontekstam. Tas ļauj iestatīt un izgūt vērtības, kas automātiski tiek izplatītas pāri asinhronajām robežām vienā un tajā pašā izpildes kontekstā. Tas ievērojami vienkāršo pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldību.

Kā darbojas AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage darbojas, izveidojot glabāšanas kontekstu, kas ir saistīts ar pašreizējo asinhrono operāciju. Kad tiek ierosināta jauna asinhrona operācija (piemēram, solījums, atzvanīšana), glabāšanas konteksts tiek automātiski izplatīts uz jauno operāciju. Tas nodrošina, ka vieni un tie paši dati ir pieejami visā asinhrono zvanu ķēdē.

AsyncLocalStorage pamata izmantošana

Šeit ir pamata piemērs, kā izmantot 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');
  // ... fetch data using userId
  return data;
}

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

async function logData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... log data using userId
  return;
}

Šajā piemērā:

• Mēs izveidojam AsyncLocalStorage instanci.
• Funkcijā processRequest mēs izmantojam asyncLocalStorage.run, lai izpildītu funkciju jaunā krātuves instances kontekstā (šajā gadījumā Map).
• Mēs iestatām userId krātuvē, izmantojot asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• Asinhronajās operācijās (fetchData, transformData, logData) mēs varam izgūt userId, izmantojot asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

AsyncLocalStorage izmantošanas gadījumi

AsyncLocalStorage ir īpaši noderīgs šādos scenārijos:

1. Pieprasījumu izsekošana

Izplatītās sistēmās pieprasījumu izsekošana vairāku pakalpojumu laikā ir ļoti svarīga veiktspējas uzraudzībai un vājo vietu noteikšanai. AsyncLocalStorage var izmantot, lai saglabātu unikālu pieprasījuma ID, kas tiek izplatīts pāri pakalpojumu robežām. Tas ļauj saskaņot žurnālus un metrikas no dažādiem pakalpojumiem, nodrošinot visaptverošu skatu uz pieprasījuma ceļu. Piemēram, apsveriet mikropakalpojumu arhitektūru, kur lietotāja pieprasījums iet caur API vārteju, autentifikācijas pakalpojumu un datu apstrādes pakalpojumu. Izmantojot AsyncLocalStorage, API vārtejā var ģenerēt unikālu pieprasījuma ID un automātiski izplatīt to visiem turpmākajiem pakalpojumiem, kas iesaistīti pieprasījuma apstrādē.

2. Reģistrēšanas konteksts

Reģistrējot notikumus, bieži vien ir noderīgi iekļaut konteksta informāciju, piemēram, lietotāja ID, pieprasījuma ID vai sesijas ID. AsyncLocalStorage var izmantot, lai automātiski iekļautu šo informāciju žurnāla ziņojumos, atvieglojot kļūdu labošanu un problēmu analīzi. Iedomājieties scenāriju, kurā jums ir jāizseko lietotāja aktivitāte jūsu lietojumprogrammā. Saglabājot lietotāja ID AsyncLocalStorage, jūs varat to automātiski iekļaut visos žurnāla ziņojumos, kas saistīti ar šī lietotāja sesiju, nodrošinot vērtīgu ieskatu viņa darbībā un iespējamajās problēmās, ar kurām viņi var saskarties.

3. Autentifikācija un autorizācija

AsyncLocalStorage var izmantot, lai saglabātu autentifikācijas un autorizācijas informāciju, piemēram, lietotāja lomas un atļaujas. Tas ļauj jums ieviest piekļuves kontroles politikas visā jūsu lietojumprogrammā, nepārsūtot lietotāja akreditācijas datus tieši uz katru funkciju. Apsveriet e-komercijas lietojumprogrammu, kurā dažādiem lietotājiem ir dažādi piekļuves līmeņi (piemēram, administratori, parastie klienti). Saglabājot lietotāja lomas AsyncLocalStorage, jūs varat viegli pārbaudīt viņu atļaujas, pirms ļaut viņiem veikt noteiktas darbības, nodrošinot, ka tikai autorizēti lietotāji var piekļūt sensitīviem datiem vai funkcionalitātei.

4. Datu bāzes transakcijas

Strādājot ar datu bāzēm, bieži vien ir nepieciešams pārvaldīt transakcijas vairāku asinhrono operāciju laikā. AsyncLocalStorage var izmantot, lai saglabātu datu bāzes savienojumu vai transakcijas objektu, nodrošinot, ka visas operācijas vienā un tajā pašā pieprasījumā tiek izpildītas vienā un tajā pašā transakcijā. Piemēram, ja lietotājs veic pasūtījumu, jums var būt nepieciešams atjaunināt vairākas tabulas (piemēram, pasūtījumi, pasūtījuma_vienumi, krājumi). Saglabājot datu bāzes transakcijas objektu AsyncLocalStorage, jūs varat nodrošināt, ka visi šie atjauninājumi tiek veikti vienā transakcijā, garantējot atomitāti un konsekvenci.

5. Vairāku nomnieku atbalsts

Vairāku nomnieku lietojumprogrammās ir svarīgi izolēt datus un resursus katram nomniekam. AsyncLocalStorage var izmantot, lai saglabātu nomnieka ID, ļaujot dinamiski maršrutēt pieprasījumus uz atbilstošo datu krātuvi vai resursu, pamatojoties uz pašreizējo nomnieku. Iedomājieties SaaS platformu, kurā vairākas organizācijas izmanto to pašu lietojumprogrammas instanci. Saglabājot nomnieka ID AsyncLocalStorage, jūs varat nodrošināt, ka katras organizācijas dati tiek turēti atsevišķi un ka viņiem ir piekļuve tikai saviem resursiem.

Labākā prakse AsyncLocalStorage izmantošanai

Lai gan AsyncLocalStorage ir spēcīgs rīks, ir svarīgi to izmantot saprātīgi, lai izvairītos no iespējamām veiktspējas problēmām un saglabātu koda skaidrību. Šeit ir dažas labākās prakses, kas jāpatur prātā:

1. Minimāla datu glabāšana

AsyncLocalStorage krātuvē glabājiet tikai tos datus, kas ir absolūti nepieciešami. Lielu datu daudzumu glabāšana var ietekmēt veiktspēju, īpaši augstas vienlaicības vidēs. Piemēram, tā vietā, lai saglabātu visu lietotāja objektu, apsveriet iespēju glabāt tikai lietotāja ID un pēc vajadzības izgūt lietotāja objektu no kešatmiņas vai datu bāzes.

2. Izvairieties no pārmērīgas konteksta pārslēgšanas

Bieža konteksta pārslēgšana var ietekmēt arī veiktspēju. Samaziniet to reižu skaitu, kad iestatāt un izgūstat vērtības no AsyncLocalStorage. Kešējiet bieži piekļūtās vērtības lokāli funkcijā, lai samazinātu krātuves konteksta piekļuves režiju. Piemēram, ja funkcijā ir jāpiekļūst lietotāja ID vairākas reizes, izgūstiet to vienreiz no AsyncLocalStorage un saglabājiet to lokālajā mainīgajā turpmākai lietošanai.

3. Izmantojiet skaidras un konsekventas nosaukšanas konvencijas

Izmantojiet skaidras un konsekventas nosaukšanas konvencijas atslēgām, kuras glabājat AsyncLocalStorage. Tas uzlabos koda lasāmību un uzturamību. Piemēram, izmantojiet konsekventu prefiksu visām atslēgām, kas saistītas ar konkrētu funkciju vai domēnu, piemēram, request.id vai user.id.

4. Tīrīšana pēc lietošanas

Lai gan AsyncLocalStorage automātiski notīra glabāšanas kontekstu, kad asinhronā operācija ir pabeigta, ir laba prakse skaidri notīrīt glabāšanas kontekstu, kad tas vairs nav nepieciešams. Tas var palīdzēt novērst atmiņas noplūdes un uzlabot veiktspēju. To var panākt, izmantojot metodi exit, lai skaidri notīrītu kontekstu.

5. Apsveriet veiktspējas sekas

Apzinieties AsyncLocalStorage izmantošanas veiktspējas sekas, īpaši augstas vienlaicības vidēs. Salīdziniet savu kodu, lai pārliecinātos, ka tas atbilst jūsu veiktspējas prasībām. Profilējiet savu lietojumprogrammu, lai noteiktu iespējamās vājo vietas, kas saistītas ar konteksta pārvaldību. Apsveriet alternatīvus paņēmienus, piemēram, skaidru konteksta pārsūtīšanu, ja AsyncLocalStorage rada nepieņemamu veiktspējas režiju.

6. Izmantojiet piesardzīgi bibliotēkās

Nevajadzētu izmantot AsyncLocalStorage tieši bibliotēkās, kas paredzētas vispārējai lietošanai. Bibliotēkām nevajadzētu pieņemt pieņēmumus par kontekstu, kurā tās tiek izmantotas. Tā vietā nodrošiniet iespējas lietotājiem tieši nodot konteksta informāciju. Tas ļauj lietotājiem kontrolēt, kā konteksts tiek pārvaldīts viņu lietojumprogrammās, un izvairīties no iespējamiem konfliktiem vai negaidītas darbības.

Alternatīvas AsyncLocalStorage

Lai gan AsyncLocalStorage ir ērts un jaudīgs rīks, tas ne vienmēr ir labākais risinājums katram scenārijam. Šeit ir dažas alternatīvas, kas jāapsver:

1. Skaidra konteksta pārsūtīšana

Vienkāršākais paņēmiens ir skaidri nodot konteksta informāciju kā argumentus funkcijām. Šī pieeja ir vienkārša un viegli saprotama, taču tā var kļūt apgrūtinoša, palielinoties koda sarežģītībai. Skaidra konteksta pārsūtīšana ir piemērota vienkāršiem scenārijiem, kur konteksts ir salīdzinoši neliels un kods nav dziļi ievietots. Tomēr sarežģītākiem scenārijiem tas var novest pie koda, kuru ir grūti lasīt un uzturēt.

2. Konteksta objekti

Tā vietā, lai pārsūtītu atsevišķus mainīgos, varat izveidot konteksta objektu, kas ietver visu konteksta informāciju. Tas var vienkāršot funkciju parakstus un padarīt kodu lasāmāku. Konteksta objekti ir labs kompromiss starp skaidru konteksta pārsūtīšanu un AsyncLocalStorage. Tie nodrošina veidu, kā grupēt saistīto konteksta informāciju kopā, padarot kodu organizētāku un vieglāk saprotamu. Tomēr tie joprojām prasa skaidru konteksta objekta pārsūtīšanu katrai funkcijai.

3. Async Hooks (diagnostikai)

Node.js modulis async_hooks nodrošina vispārīgāku mehānismu asinhrono operāciju izsekošanai. Lai gan to ir sarežģītāk izmantot nekā AsyncLocalStorage, tas piedāvā lielāku elastību un kontroli. async_hooks galvenokārt ir paredzēts diagnostikas un kļūdu labošanas nolūkiem. Tas ļauj izsekot asinhrono operāciju dzīves ciklam un vākt informāciju par to izpildi. Tomēr tas nav ieteicams vispārējai konteksta pārvaldībai, jo tam var būt veiktspējas režija.

4. Diagnostikas konteksts (OpenTelemetry)

OpenTelemetry nodrošina standartizētu API telemetrijas datu vākšanai un eksportēšanai, tostarp izsekošanu, metrikas un žurnālus. Tā diagnostikas konteksta funkcijas piedāvā modernu un stabilu risinājumu konteksta izplatīšanas pārvaldīšanai izplatītajās sistēmās. Integrācija ar OpenTelemetry nodrošina pārdevējam neitrālu veidu, kā nodrošināt konteksta konsekvenci dažādos pakalpojumos un platformās. Tas ir īpaši noderīgi sarežģītās mikropakalpojumu arhitektūrās, kur konteksts ir jāizplata pāri pakalpojumu robežām.

Reālie piemēri

Apskatīsim dažus reālus piemērus, kā AsyncLocalStorage var izmantot dažādos scenārijos.

1. E-komercijas lietojumprogramma: Pieprasījumu izsekošana

E-komercijas lietojumprogrammā varat izmantot AsyncLocalStorage, lai izsekotu lietotāja pieprasījumus vairākiem pakalpojumiem, piemēram, produktu katalogam, iepirkumu grozam un maksājumu vārtejai. Tas ļauj jums uzraudzīt katra pakalpojuma veiktspēju un noteikt vājos punktus, kas var ietekmēt lietotāja pieredzi.

// API vārtejā
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();
  });
});

// Produktu kataloga pakalpojumā
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Reģistrējiet pieprasījuma ID kopā ar citām detaļām
  logger.info(`[${requestId}] Iegūstu informāciju par produktu: ${productId}`);
  // ... iegūt informāciju par produktu
}

2. SaaS platforma: Vairāku nomnieku atbalsts

SaaS platformā varat izmantot AsyncLocalStorage, lai glabātu nomnieka ID un dinamiski maršrutētu pieprasījumus uz atbilstošo datu krātuvi vai resursu, pamatojoties uz pašreizējo nomnieku. Tas nodrošina, ka katra nomnieka dati tiek turēti atsevišķi un ka viņiem ir piekļuve tikai saviem resursiem.

// Starpniekprogrammatūra, lai izgūtu nomnieka ID no pieprasījuma
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Funkcija datu iegūšanai konkrētam nomniekam
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Mikropakalpojumu arhitektūra: Reģistrēšanas konteksts

Mikropakalpojumu arhitektūrā varat izmantot AsyncLocalStorage, lai saglabātu lietotāja ID un automātiski iekļautu to žurnāla ziņojumos no dažādiem pakalpojumiem. Tas atvieglo problēmu labošanu un analīzi, kas varētu ietekmēt konkrētu lietotāju.

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

// Datu apstrādes pakalpojumā
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[Lietotāja ID: ${userId}] Datu apstrāde: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... apstrādāt datus
}

Secinājums

AsyncLocalStorage ir vērtīgs rīks pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldīšanai asinhronajās JavaScript vidēs. Tas vienkāršo konteksta pārvaldību asinhrono operāciju laikā, padarot kodu lasāmāku, uzturamāku un drošāku. Izprotot tā izmantošanas gadījumus, labāko praksi un alternatīvas, jūs varat efektīvi izmantot AsyncLocalStorage, lai veidotu stabilas un mērogojamas lietojumprogrammas. Tomēr ir ļoti svarīgi rūpīgi apsvērt tā veiktspējas sekas un izmantot to saprātīgi, lai izvairītos no iespējamām problēmām. Rūpīgi izmantojiet AsyncLocalStorage, lai uzlabotu savu asinhrono JavaScript izstrādes praksi.

Ietverot skaidrus piemērus, praktiskus padomus un visaptverošu pārskatu, šī rokasgrāmata mērķis ir nodrošināt izstrādātājus visā pasaulē ar zināšanām, lai efektīvi pārvaldītu asinhrono kontekstu, izmantojot AsyncLocalStorage savās JavaScript lietojumprogrammās. Atcerieties apsvērt veiktspējas sekas un alternatīvas, lai nodrošinātu labāko risinājumu jūsu īpašajām vajadzībām.