JavaScript asinhronais konteksts: Pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldības apgūšana

Asinhronā programmēšana ir mūsdienu JavaScript izstrādes stūrakmens, īpaši tādās vidēs kā Node.js. Tomēr konteksta un pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldība asinhronās operācijās var būt sarežģīta. Tradicionālās pieejas bieži noved pie sarežģīta koda un potenciālas datu bojāšanas. Šis raksts pēta JavaScript asinhronā konteksta iespējas, īpaši koncentrējoties uz AsyncLocalStorage, un to, kā tas vienkāršo pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldību, lai veidotu robustas un mērogojamas lietojumprogrammas.

Izpratne par asinhronā konteksta izaicinājumiem

Sinhronajā programmēšanā mainīgo pārvaldība funkcijas tvērumā ir vienkārša. Katrai funkcijai ir savs izpildes konteksts, un tajā deklarētie mainīgie ir izolēti. Tomēr asinhronās operācijas rada sarežģījumus, jo tās netiek izpildītas lineāri. Atzvanu funkcijas (callbacks), solījumi (promises) un async/await ievieš jaunus izpildes kontekstus, kas var apgrūtināt ar konkrētu pieprasījumu vai operāciju saistīto mainīgo uzturēšanu un piekļuvi tiem.

Apsveriet scenāriju, kurā jums ir jāizseko unikāls pieprasījuma ID visā pieprasījuma apstrādātāja izpildes laikā. Bez atbilstoša mehānisma jūs, iespējams, nodotu pieprasījuma ID kā argumentu katrai funkcijai, kas iesaistīta pieprasījuma apstrādē. Šī pieeja ir apgrūtinoša, pakļauta kļūdām un cieši sasaista jūsu kodu.

Konteksta izplatīšanas problēma

• Koda pārblīvējums: Konteksta mainīgo nodošana caur vairākiem funkciju izsaukumiem ievērojami palielina koda sarežģītību un samazina lasāmību.
• Ciešā sasaiste: Funkcijas kļūst atkarīgas no konkrētiem konteksta mainīgajiem, padarot tās mazāk atkārtoti lietojamas un grūtāk testējamas.
• Pakļauts kļūdām: Aizmirstot nodot konteksta mainīgo vai nododot nepareizu vērtību, var rasties neparedzama rīcība un grūti atkļūdojamas problēmas.
• Uzturēšanas papildu izmaksas: Konteksta mainīgo izmaiņas prasa modifikācijas vairākās koda bāzes daļās.

Šie izaicinājumi izceļ nepieciešamību pēc elegantāka un robustāka risinājuma pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldībai asinhronās JavaScript vidēs.

Iepazīstinām ar AsyncLocalStorage: risinājums asinhronajam kontekstam

AsyncLocalStorage, kas tika ieviests Node.js v14.5.0, nodrošina mehānismu datu glabāšanai visā asinhronās operācijas dzīves ciklā. Tas būtībā izveido kontekstu, kas ir pastāvīgs pāri asinhronajām robežām, ļaujot piekļūt un modificēt mainīgos, kas ir specifiski konkrētam pieprasījumam vai operācijai, tos nepārprotami nenodot tālāk.

AsyncLocalStorage darbojas uz katra izpildes konteksta pamata. Katra asinhronā operācija (piemēram, pieprasījuma apstrādātājs) saņem savu izolētu krātuvi. Tas nodrošina, ka dati, kas saistīti ar vienu pieprasījumu, nejauši neieplūst citā, saglabājot datu integritāti un izolāciju.

Kā darbojas AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage klase nodrošina šādas galvenās metodes:

• getStore(): Atgriež pašreizējo krātuvi, kas saistīta ar pašreizējo izpildes kontekstu. Ja krātuve neeksistē, tā atgriež undefined.
• run(store, callback, ...args): Izpilda norādīto callback jauna asinhronā kontekstā. store arguments inicializē konteksta krātuvi. Visām asinhronajām operācijām, kuras ierosina atzvanu funkcija, būs piekļuve šai krātuvei.
• enterWith(store): Ieiet norādītās store krātuves kontekstā. Tas ir noderīgi, ja nepieciešams skaidri iestatīt kontekstu konkrētam koda blokam.
• disable(): Atspējo AsyncLocalStorage instanci. Piekļuve krātuvei pēc atspējošanas radīs kļūdu.

Pati krātuve ir vienkāršs JavaScript objekts (vai jebkurš cits jūsu izvēlēts datu tips), kas glabā konteksta mainīgos, kurus vēlaties pārvaldīt. Jūs varat uzglabāt pieprasījuma ID, lietotāja informāciju vai jebkurus citus datus, kas attiecas uz pašreizējo operāciju.

Praktiski AsyncLocalStorage pielietojuma piemēri

Ilustrēsim AsyncLocalStorage izmantošanu ar vairākiem praktiskiem piemēriem.

1. piemērs: Pieprasījuma ID izsekošana tīmekļa serverī

Apsveriet Node.js tīmekļa serveri, kas izmanto Express.js. Mēs vēlamies automātiski ģenerēt un izsekot unikālu pieprasījuma ID katram ienākošajam pieprasījumam. Šo ID var izmantot žurnalēšanai, trasēšanai un atkļūdošanai.

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(`Saņemts pieprasījums ar ID: ${requestId}`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Apstrādā pieprasījumu ar ID: ${requestId}`);
  res.send(`Sveiki, Pieprasījuma ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Serveris klausās uz 3000. porta');
});

Šajā piemērā:

• Mēs izveidojam AsyncLocalStorage instanci.
• Mēs izmantojam Express starpniekprogrammatūru, lai pārtvertu katru ienākošo pieprasījumu.
• Starpniekprogrammatūras ietvaros mēs ģenerējam unikālu pieprasījuma ID, izmantojot uuidv4().
• Mēs izsaucam asyncLocalStorage.run(), lai izveidotu jaunu asinhrono kontekstu. Mēs inicializējam krātuvi ar Map, kas glabās mūsu konteksta mainīgos.
• run() atzvanu funkcijas iekšpusē mēs iestatām requestId krātuvē, izmantojot asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId).
• Pēc tam mēs izsaucam next(), lai nodotu vadību nākamajai starpniekprogrammatūrai vai maršruta apstrādātājam.
• Maršruta apstrādātājā (app.get('/')) mēs iegūstam requestId no krātuves, izmantojot asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

Tagad, neatkarīgi no tā, cik daudz asinhronu operāciju tiek ierosināts pieprasījuma apstrādātāja ietvaros, jūs vienmēr varat piekļūt pieprasījuma ID, izmantojot asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

2. piemērs: Lietotāja autentifikācija un autorizācija

Vēl viens izplatīts pielietojums ir lietotāja autentifikācijas un autorizācijas informācijas pārvaldība. Pieņemsim, ka jums ir starpniekprogrammatūra, kas autentificē lietotāju un iegūst tā ID. Jūs varat uzglabāt lietotāja ID AsyncLocalStorage, lai tas būtu pieejams nākamajām starpniekprogrammatūrām un maršrutu apstrādātājiem.

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

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

// Autentifikācijas starpniekprogrammatūra (Piemērs)
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Simulēt lietotāja autentifikāciju (aizstājiet ar savu faktisko loģiku)
  const userId = req.headers['x-user-id'] || 'guest'; // Iegūt lietotāja ID no galvenes

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

app.use(authenticateUser);

app.get('/profile', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`Piekļūst profilam lietotājam ar ID: ${userId}`);
  res.send(`Profils lietotājam ar ID: ${userId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Serveris klausās uz 3000. porta');
});

Šajā piemērā authenticateUser starpniekprogrammatūra iegūst lietotāja ID (šeit simulēts, nolasot galveni) un saglabā to AsyncLocalStorage. Maršruta apstrādātājs /profile pēc tam var piekļūt lietotāja ID, nesaņemot to kā skaidru parametru.

3. piemērs: Datu bāzes transakciju pārvaldība

Scenārijos, kas ietver datu bāzes transakcijas, AsyncLocalStorage var izmantot, lai pārvaldītu transakcijas kontekstu. Jūs varat uzglabāt datu bāzes savienojumu vai transakcijas objektu AsyncLocalStorage, nodrošinot, ka visas datu bāzes operācijas konkrētā pieprasījumā izmanto to pašu transakciju.

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

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

// Simulēt datu bāzes savienojumu
const db = {
  query: (sql, callback) => {
    const transactionId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('transactionId') || 'Nav transakcijas';
    console.log(`Izpilda SQL: ${sql} transakcijā: ${transactionId}`);
    // Simulēt datu bāzes vaicājuma izpildi
    setTimeout(() => {
      callback(null, { success: true });
    }, 50);
  },
};

// Starpniekprogrammatūra transakcijas sākšanai
const startTransaction = (req, res, next) => {
  const transactionId = Math.random().toString(36).substring(2, 15); // Ģenerēt nejaušu transakcijas ID

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

app.use(startTransaction);

app.get('/data', (req, res) => {
  db.query('SELECT * FROM data', (err, result) => {
    if (err) {
      return res.status(500).send('Kļūda, vaicājot datus');
    }
    res.send('Dati veiksmīgi iegūti');
  });
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Serveris klausās uz 3000. porta');
});

Šajā vienkāršotajā piemērā:

• startTransaction starpniekprogrammatūra ģenerē transakcijas ID un saglabā to AsyncLocalStorage.
• Simulētā db.query funkcija iegūst transakcijas ID no krātuves un to žurnalē, demonstrējot, ka transakcijas konteksts ir pieejams asinhronajā datu bāzes operācijā.

Papildu lietojums un apsvērumi

Starpniekprogrammatūra un konteksta izplatīšana

AsyncLocalStorage ir īpaši noderīgs starpniekprogrammatūru ķēdēs. Katra starpniekprogrammatūra var piekļūt un modificēt koplietoto kontekstu, ļaujot viegli veidot sarežģītus apstrādes konveijerus.

Nodrošiniet, ka jūsu starpniekprogrammatūras funkcijas ir izstrādātas, lai pareizi izplatītu kontekstu. Izmantojiet asyncLocalStorage.run() vai asyncLocalStorage.enterWith(), lai ietvertu asinhronās operācijas un uzturētu konteksta plūsmu.

Kļūdu apstrāde un tīrīšana

Pareiza kļūdu apstrāde ir būtiska, lietojot AsyncLocalStorage. Nodrošiniet, ka jūs apstrādājat izņēmumus korekti un atbrīvojat visus resursus, kas saistīti ar kontekstu. Apsveriet try...finally bloku izmantošanu, lai nodrošinātu resursu atbrīvošanu pat tad, ja rodas kļūda.

Veiktspējas apsvērumi

Lai gan AsyncLocalStorage nodrošina ērtu veidu, kā pārvaldīt kontekstu, ir svarīgi apzināties tā ietekmi uz veiktspēju. Pārmērīga AsyncLocalStorage lietošana var radīt papildu slodzi, īpaši lietojumprogrammās ar augstu caurlaidību. Profilējiet savu kodu, lai identificētu potenciālās vājās vietas un attiecīgi optimizētu.

Izvairieties no lielu datu apjomu glabāšanas AsyncLocalStorage. Glabājiet tikai nepieciešamos konteksta mainīgos. Ja nepieciešams uzglabāt lielākus objektus, apsveriet iespēju uzglabāt atsauces uz tiem, nevis pašus objektus.

Alternatīvas AsyncLocalStorage

Lai gan AsyncLocalStorage ir spēcīgs rīks, pastāv alternatīvas pieejas asinhronā konteksta pārvaldībai, atkarībā no jūsu specifiskajām vajadzībām un ietvara.

• Eksplīcita konteksta nodošana: Kā minēts iepriekš, konteksta mainīgo eksplicīta nodošana kā argumentus funkcijām ir pamata, lai arī mazāk eleganta, pieeja.
• Konteksta objekti: Speciāla konteksta objekta izveide un tā nodošana tālāk var uzlabot lasāmību salīdzinājumā ar atsevišķu mainīgo nodošanu.
• Ietvaram specifiski risinājumi: Daudzi ietvari nodrošina savus konteksta pārvaldības mehānismus. Piemēram, NestJS piedāvā pieprasījuma tvēruma piegādātājus (request-scoped providers).

Globālā perspektīva un labākās prakses

Strādājot ar asinhrono kontekstu globālā mērogā, ņemiet vērā sekojošo:

• Laika joslas: Strādājot ar datuma un laika informāciju kontekstā, pievērsiet uzmanību laika joslām. Uzglabājiet informāciju par laika joslu kopā ar laika zīmogiem, lai izvairītos no neskaidrībām.
• Lokalizācija: Ja jūsu lietojumprogramma atbalsta vairākas valodas, saglabājiet lietotāja lokalizāciju (locale) kontekstā, lai nodrošinātu, ka saturs tiek parādīts pareizajā valodā.
• Valūta: Ja jūsu lietojumprogramma apstrādā finanšu darījumus, saglabājiet lietotāja valūtu kontekstā, lai nodrošinātu, ka summas tiek parādītas pareizi.
• Datu formāti: Apzinieties dažādos datu formātus, kas tiek izmantoti dažādos reģionos. Piemēram, datumu formāti un skaitļu formāti var ievērojami atšķirties.

Noslēgums

AsyncLocalStorage nodrošina spēcīgu un elegantu risinājumu pieprasījuma tvēruma mainīgo pārvaldībai asinhronās JavaScript vidēs. Izveidojot pastāvīgu kontekstu pāri asinhronajām robežām, tas vienkāršo kodu, samazina sasaisti un uzlabo uzturamību. Izprotot tā iespējas un ierobežojumus, jūs varat izmantot AsyncLocalStorage, lai veidotu robustas, mērogojamas un globāli orientētas lietojumprogrammas.

Asinhronā konteksta apgūšana ir būtiska ikvienam JavaScript izstrādātājam, kurš strādā ar asinhronu kodu. Izmantojiet AsyncLocalStorage un citas konteksta pārvaldības tehnikas, lai rakstītu tīrākas, vieglāk uzturamas un uzticamākas lietojumprogrammas.