JavaScript Async Local Storage: Konteksta pārvaldības apgūšana asinhronās vidēs

Asinhronā programmēšana ir mūsdienu JavaScript pamats, īpaši Node.js servera puses lietojumprogrammām un arvien biežāk arī pārlūkprogrammā. Tomēr konteksta – datu, kas ir specifiski pieprasījumam, lietotāja sesijai vai transakcijai – pārvaldība starp asinhronām operācijām var būt sarežģīta. Standarta metodes, piemēram, datu nodošana caur funkciju izsaukumiem, var kļūt apgrūtinošas un pakļautas kļūdām, īpaši sarežģītās lietojumprogrammās. Šeit Async Local Storage (ALS) parādās kā spēcīgs risinājums.

Kas ir Async Local Storage (ALS)?

Async Local Storage (ALS) nodrošina veidu, kā glabāt datus, kas ir lokāli specifiskai asinhronai operācijai. Iedomājieties to kā pavedienlokālo krātuvi (thread-local storage) citās programmēšanas valodās, bet pielāgotu JavaScript viena pavediena, notikumu vadītajam modelim. ALS ļauj saistīt datus ar pašreizējo asinhrono izpildes kontekstu, padarot tos pieejamus visā asinhrono izsaukumu ķēdē, nepārprotami nenodot tos kā argumentus.

Būtībā ALS izveido krātuves vietu, kas automātiski tiek izplatīta caur asinhronām operācijām, kas iniciētas tajā pašā kontekstā. Tas vienkāršo konteksta pārvaldību un ievērojami samazina standarta koda (boilerplate) daudzumu, kas nepieciešams stāvokļa uzturēšanai pāri asinhronajām robežām.

Kāpēc izmantot Async Local Storage?

ALS piedāvā vairākas galvenās priekšrocības asinhronajā JavaScript izstrādē:

• Vienkāršota konteksta pārvaldība: Izvairieties no konteksta mainīgo nodošanas caur vairākiem funkciju izsaukumiem, samazinot koda pārblīvējumu un uzlabojot lasāmību.
• Uzlabota atkļūdošana: Viegli izsekojiet pieprasījumam specifiskus datus visā asinhrono izsaukumu stekā, atvieglojot atkļūdošanu un problēmu novēršanu.
• Samazināts standarta kods: Novērsiet nepieciešamību manuāli izplatīt kontekstu, kas noved pie tīrāka un vieglāk uzturama koda.
• Uzlabota veiktspēja: Konteksta izplatīšana tiek veikta automātiski, samazinot veiktspējas pieskaitāmās izmaksas, kas saistītas ar manuālu konteksta nodošanu.
• Centralizēta piekļuve kontekstam: Nodrošina vienu, labi definētu vietu, kur piekļūt konteksta datiem, vienkāršojot piekļuvi un modificēšanu.

Async Local Storage pielietojuma gadījumi

ALS ir īpaši noderīgs scenārijos, kur nepieciešams izsekot pieprasījumam specifiskus datus pāri asinhronām operācijām. Šeit ir daži biežākie pielietojuma gadījumi:

1. Pieprasījumu izsekošana tīmekļa serveros

Tīmekļa serverī katru ienākošo pieprasījumu var uzskatīt par atsevišķu asinhronu kontekstu. ALS var izmantot, lai glabātu pieprasījumam specifisku informāciju, piemēram, pieprasījuma ID, lietotāja ID, autentifikācijas marķieri (token) un citus relevantus datus. Tas ļauj viegli piekļūt šai informācijai no jebkuras lietojumprogrammas daļas, kas apstrādā pieprasījumu, ieskaitot starpprogrammatūru (middleware), kontrolierus un datu bāzes vaicājumus.

Piemērs (Node.js ar 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(`Pieprasījums ${requestId} sākās`);
    next();
  });
});

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

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

Šajā piemērā katram ienākošajam pieprasījumam tiek piešķirts unikāls pieprasījuma ID, kas tiek saglabāts Async Local Storage. Šim ID pēc tam var piekļūt no jebkuras pieprasījuma apstrādātāja daļas, ļaujot izsekot pieprasījumu visā tā dzīves ciklā.

2. Lietotāju sesiju pārvaldība

ALS var izmantot arī lietotāju sesiju pārvaldībai. Kad lietotājs piesakās, jūs varat saglabāt lietotāja sesijas datus (piemēram, lietotāja ID, lomas, atļaujas) ALS. Tas ļauj viegli piekļūt lietotāja sesijas datiem no jebkuras lietojumprogrammas daļas, kurai tie ir nepieciešami, nenodot tos kā argumentus.

Piemērs:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Simulēt autentifikāciju
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('Lietotājs autentificēts, sesija saglabāta 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(`Asinhrona operācija: Lietotāja ID: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Asinhrona operācija: Lietotāja sesija nav atrasta');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

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

main();

Šajā piemērā pēc veiksmīgas autentifikācijas lietotāja sesija tiek saglabāta ALS. Funkcija `someAsyncOperation` pēc tam var piekļūt šiem sesijas datiem, bez nepieciešamības tos tieši nodot kā argumentu.

3. Transakciju pārvaldība

Datu bāzes transakcijās ALS var izmantot, lai glabātu transakcijas objektu. Tas ļauj piekļūt transakcijas objektam no jebkuras lietojumprogrammas daļas, kas piedalās transakcijā, nodrošinot, ka visas operācijas tiek veiktas vienā transakcijas tvērumā.

4. Žurnalēšana un audits

ALS var izmantot, lai glabātu kontekstam specifisku informāciju žurnalēšanas un audita nolūkiem. Piemēram, jūs varat saglabāt lietotāja ID, pieprasījuma ID un laika zīmogu ALS, un pēc tam iekļaut šo informāciju savos žurnāla ziņojumos. Tas atvieglo lietotāju aktivitāšu izsekošanu un potenciālo drošības problēmu identificēšanu.

Kā lietot Async Local Storage

Async Local Storage lietošana ietver trīs galvenos soļus:

1. Izveidojiet AsyncLocalStorage instanci: Izveidojiet `AsyncLocalStorage` klases instanci.
2. Palaidiet kodu kontekstā: Izmantojiet `run()` metodi, lai izpildītu kodu noteiktā kontekstā. `run()` metode pieņem divus argumentus: krātuvi (parasti Map vai objektu) un atzvanīšanas funkciju (callback). Krātuve būs pieejama visām asinhronajām operācijām, kas iniciētas atzvanīšanas funkcijā.
3. Piekļūstiet krātuvei: Izmantojiet `getStore()` metodi, lai piekļūtu krātuvei no asinhronā konteksta.

Piemērs:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const value = asyncLocalStorage.getStore().get('myKey');
      console.log('Vērtība no ALS:', value);
      resolve();
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('myKey', 'Sveiki no ALS!');
    await doSomethingAsync();
  });
}

main();

AsyncLocalStorage API

`AsyncLocalStorage` klase nodrošina šādas metodes:

• constructor(): Izveido jaunu AsyncLocalStorage instanci.
• run(store, callback, ...args): Palaiž norādīto atzvanīšanas funkciju kontekstā, kurā ir pieejama dotā krātuve. Krātuve parasti ir `Map` vai vienkāršs JavaScript objekts. Jebkuras asinhronas operācijas, kas iniciētas atzvanīšanas funkcijā, mantos šo kontekstu. Atzvanīšanas funkcijai var tikt nodoti papildu argumenti.
• getStore(): Atgriež pašreizējo krātuvi pašreizējam asinhronajam kontekstam. Atgriež `undefined`, ja ar pašreizējo kontekstu nav saistīta neviena krātuve.
• disable(): Atspējo AsyncLocalStorage instanci. Pēc atspējošanas `run()` un `getStore()` vairs nedarbosies.

Apsvērumi un labākās prakses

Lai gan ALS ir spēcīgs rīks, ir svarīgi to lietot apdomīgi. Šeit ir daži apsvērumi un labākās prakses:

• Izvairieties no pārmērīgas lietošanas: Neizmantojiet ALS visam. Izmantojiet to tikai tad, ja nepieciešams izsekot kontekstu pāri asinhronajām robežām. Apsveriet vienkāršākus risinājumus, piemēram, parastus mainīgos, ja kontekstu nav nepieciešams izplatīt caur asinhroniem izsaukumiem.
• Veiktspēja: Lai gan ALS parasti ir efektīvs, pārmērīga lietošana var ietekmēt veiktspēju. Pēc nepieciešamības mēriet un optimizējiet savu kodu. Pievērsiet uzmanību krātuves lielumam, ko ievietojat ALS. Lieli objekti var ietekmēt veiktspēju, īpaši, ja tiek iniciētas daudzas asinhronas operācijas.
• Konteksta pārvaldība: Nodrošiniet, ka pareizi pārvaldāt krātuves dzīves ciklu. Izveidojiet jaunu krātuvi katram pieprasījumam vai sesijai un notīriet krātuvi, kad tā vairs nav nepieciešama. Lai gan ALS pats palīdz pārvaldīt tvērumu, dati *krātuvē* joprojām prasa pareizu apstrādi un atkritumu savākšanu (garbage collection).
• Kļūdu apstrāde: Esiet uzmanīgi ar kļūdu apstrādi. Ja asinhronas operācijas laikā rodas kļūda, konteksts var tikt zaudēts. Apsveriet try-catch bloku izmantošanu, lai apstrādātu kļūdas un nodrošinātu, ka konteksts tiek pareizi uzturēts.
• Atkļūdošana: Uz ALS balstītu lietojumprogrammu atkļūdošana var būt sarežģīta. Izmantojiet atkļūdošanas rīkus un žurnalēšanu, lai izsekotu izpildes plūsmu un identificētu potenciālās problēmas.
• Saderība: ALS ir pieejams Node.js versijā 14.5.0 un jaunākās. Pirms lietošanas pārliecinieties, ka jūsu vide atbalsta ALS. Vecākām Node.js versijām apsveriet alternatīvu risinājumu, piemēram, continuation-local storage (CLS), izmantošanu, lai gan tiem var būt atšķirīgas veiktspējas īpašības un API.

Alternatīvas Async Local Storage

Pirms ALS ieviešanas izstrādātāji bieži paļāvās uz citām metodēm konteksta pārvaldībai asinhronā JavaScript. Šeit ir dažas izplatītas alternatīvas:

• Tieša konteksta nodošana: Konteksta mainīgo nodošana kā argumentus katrai funkcijai izsaukumu ķēdē. Šī pieeja ir vienkārša, bet sarežģītās lietojumprogrammās var kļūt apnicīga un pakļauta kļūdām. Tā arī apgrūtina refaktorēšanu, jo konteksta datu maiņa prasa daudzu funkciju parakstu modificēšanu.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS nodrošina līdzīgu funkcionalitāti kā ALS, bet tā ir balstīta uz citu mehānismu. CLS izmanto "monkey-patching", lai pārtvertu asinhronas operācijas un izplatītu kontekstu. Šī pieeja var būt sarežģītāka un var ietekmēt veiktspēju.
• Bibliotēkas un ietvari: Dažas bibliotēkas un ietvari nodrošina savus konteksta pārvaldības mehānismus. Piemēram, Express.js nodrošina starpprogrammatūru pieprasījumam specifisku datu pārvaldībai.

Lai gan šīs alternatīvas var būt noderīgas noteiktās situācijās, ALS piedāvā elegantāku un efektīvāku risinājumu konteksta pārvaldībai asinhronā JavaScript.

Noslēgums

Async Local Storage (ALS) ir spēcīgs rīks konteksta pārvaldībai asinhronās JavaScript lietojumprogrammās. Nodrošinot veidu, kā glabāt datus, kas ir lokāli specifiskai asinhronai operācijai, ALS vienkāršo konteksta pārvaldību, uzlabo atkļūdošanu un samazina standarta koda daudzumu. Neatkarīgi no tā, vai veidojat tīmekļa serveri, pārvaldāt lietotāju sesijas vai apstrādājat datu bāzes transakcijas, ALS var palīdzēt jums rakstīt tīrāku, vieglāk uzturamu un efektīvāku kodu.

Asinhronā programmēšana JavaScript kļūst arvien izplatītāka, padarot tādu rīku kā ALS izpratni arvien kritiskāku. Izprotot tā pareizu lietošanu un ierobežojumus, izstrādātāji var radīt robustākas un pārvaldāmākas lietojumprogrammas, kas spēj mērogoties un pielāgoties dažādām lietotāju vajadzībām visā pasaulē. Eksperimentējiet ar ALS savos projektos un atklājiet, kā tas var vienkāršot jūsu asinhronās darbplūsmas un uzlabot jūsu kopējo lietojumprogrammas arhitektūru.

Papildu resursi

• Node.js AsyncLocalStorage dokumentācija
• async-local-storage npm pakotne (vecākām Node.js versijām)
• Async Local Storage Node.js - YouTube