JavaScript asinhronā lokālā krātuve: Pieprasījuma konteksta pārvaldības apgūšana

Mūsdienu JavaScript izstrādē, īpaši Node.js vidēs, kas apstrādā daudzus vienlaicīgus pieprasījumus, konteksta efektīva pārvaldība asinhronās operācijās kļūst par vissvarīgāko. Tradicionālās pieejas bieži vien ir nepietiekamas, radot sarežģītu kodu un potenciālas datu neatbilstības. Tieši šeit izceļas JavaScript asinhronā lokālā krātuve (ALS), nodrošinot jaudīgu mehānismu datu glabāšanai un izgūšanai, kas ir lokāli attiecībā uz konkrētu asinhronās izpildes kontekstu. Šis raksts sniedz visaptverošu ceļvedi, kā izprast un izmantot ALS stabilai pieprasījumu konteksta pārvaldībai jūsu JavaScript lietojumprogrammās.

Kas ir asinhronā lokālā krātuve (ALS)?

Asinhronā lokālā krātuve, kas pieejama kā pamatmodulis Node.js (ieviests v13.10.0 un vēlāk stabilizēts), ļauj glabāt datus, kas ir pieejami visā asinhronās operācijas darbības laikā, piemēram, apstrādājot tīmekļa pieprasījumu. Iztēlojieties to kā pavedienam lokālas krātuves (thread-local storage) mehānismu, bet pielāgotu JavaScript asinhronajai dabai. Tas nodrošina veidu, kā uzturēt kontekstu vairākos asinhronos izsaukumos, nepārprotami to nenododot kā argumentu katrai funkcijai.

Galvenā ideja ir tāda, ka, sākoties asinhronai operācijai (piemēram, saņemot HTTP pieprasījumu), jūs varat inicializēt ar šo operāciju saistītu krātuves vietu. Jebkuriem nākamajiem asinhronajiem izsaukumiem, ko tieši vai netieši ierosina šī operācija, būs piekļuve tai pašai krātuves vietai. Tas ir būtiski, lai uzturētu stāvokli, kas saistīts ar konkrētu pieprasījumu vai transakciju, kad tas plūst cauri dažādām jūsu lietojumprogrammas daļām.

Kāpēc izmantot asinhrono lokālo krātuvi?

Vairākas galvenās priekšrocības padara ALS par pievilcīgu risinājumu pieprasījumu konteksta pārvaldībai:

• Vienkāršots kods: Izvairieties no konteksta objektu nodošanas kā argumentus katrai funkcijai, kā rezultātā kods kļūst tīrāks un lasāmāks. Tas ir īpaši vērtīgi lielās kodu bāzēs, kur konsekventas konteksta izplatīšanas uzturēšana var kļūt par ievērojamu slogu.
• Uzlabota uzturējamība: Samazina risku nejauši izlaist vai nepareizi nodot kontekstu, kas noved pie uzturējamākām un uzticamākām lietojumprogrammām. Centralizējot konteksta pārvaldību ALS, konteksta izmaiņas kļūst vieglāk pārvaldāmas un mazāk pakļautas kļūdām.
• Uzlabota atkļūdošana: Vienkāršo atkļūdošanu, nodrošinot centrālu vietu, kur pārbaudīt ar konkrētu pieprasījumu saistīto kontekstu. Jūs varat viegli izsekot datu plūsmai un identificēt problēmas, kas saistītas ar konteksta neatbilstībām.
• Datu konsekvence: Nodrošina, ka dati ir konsekventi pieejami visā asinhronās operācijas laikā, novēršot sacensību apstākļus (race conditions) un citas datu integritātes problēmas. Tas ir īpaši svarīgi lietojumprogrammās, kas veic sarežģītas transakcijas vai datu apstrādes konveijerus.
• Izsekošana un monitorings: Atvieglo pieprasījumu izsekošanu un monitoringu, glabājot pieprasījumam specifisku informāciju (piemēram, pieprasījuma ID, lietotāja ID) ALS. Šo informāciju var izmantot, lai izsekotu pieprasījumus, kad tie iet cauri dažādām sistēmas daļām, sniedzot vērtīgu ieskatu veiktspējā un kļūdu biežumā.

Asinhronās lokālās krātuves pamatjēdzieni

Lai efektīvi izmantotu ALS, ir svarīgi izprast šādus pamatjēdzienus:

• AsyncLocalStorage: Galvenā klase ALS instanču izveidei un pārvaldībai. Jūs izveidojat AsyncLocalStorage instanci, lai nodrošinātu krātuves vietu, kas ir specifiska asinhronām operācijām.
• run(store, fn, ...args): Izpilda norādīto funkciju fn dotā store kontekstā. store ir patvaļīga vērtība, kas būs pieejama visām asinhronajām operācijām, kas iniciētas fn ietvaros. Turpmākie getStore() izsaukumi fn un tās asinhrono bērnu izpildes laikā atgriezīs šo store vērtību.
• enterWith(store): Nepārprotami ieiet kontekstā ar konkrētu store. Tas ir retāk sastopams nekā `run`, bet var būt noderīgs īpašos scenārijos, īpaši strādājot ar asinhroniem atzvanījumiem (callbacks), kurus tieši neizsauc sākotnējā operācija. Jāievēro piesardzība, lietojot šo metodi, jo nepareiza lietošana var izraisīt konteksta noplūdi.
• exit(fn): Iziet no pašreizējā konteksta. Lieto kopā ar `enterWith`.
• getStore(): Iegūst pašreizējo krātuves vērtību, kas saistīta ar aktīvo asinhrono kontekstu. Atgriež undefined, ja nav aktīvas krātuves.
• disable(): Atspējo AsyncLocalStorage instanci. Kad tā ir atspējota, turpmākie `run` vai `enterWith` izsaukumi izmetīs kļūdu. To bieži izmanto testēšanas vai tīrīšanas laikā.

Asinhronās lokālās krātuves praktiskie lietošanas piemēri

Apskatīsim dažus praktiskus piemērus, kas demonstrē, kā izmantot ALS dažādos scenārijos.

1. piemērs: Pieprasījuma ID izsekošana tīmekļa serverī

Šis piemērs demonstrē, kā izmantot ALS, lai izsekotu unikālu pieprasījuma ID visās asinhronajās operācijās tīmekļa pieprasījuma ietvaros.

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

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

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuid.v4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Handling request with ID: ${requestId}`);
  res.send(`Request ID: ${requestId}`);
});

app.get('/another-route', async (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Handling another route with ID: ${requestId}`);

  // Simulate an asynchronous operation
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));

  const requestIdAfterAsync = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Request ID after async operation: ${requestIdAfterAsync}`);

  res.send(`Another route - Request ID: ${requestId}`);
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Šajā piemērā:

• Tiek izveidota AsyncLocalStorage instance.
• Starpprogrammatūras funkcija tiek izmantota, lai ģenerētu unikālu pieprasījuma ID katram ienākošajam pieprasījumam.
• Metode asyncLocalStorage.run() izpilda pieprasījuma apstrādātāju jaunā Map kontekstā, saglabājot pieprasījuma ID.
• Pieprasījuma ID pēc tam ir pieejams maršrutu apstrādātājos, izmantojot asyncLocalStorage.getStore().get('requestId'), pat pēc asinhronām operācijām.

2. piemērs: Lietotāja autentifikācija un autorizācija

ALS var izmantot, lai pēc autentifikācijas saglabātu lietotāja informāciju, padarot to pieejamu autorizācijas pārbaudēm visā pieprasījuma dzīves ciklā.

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

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

// Mock authentication middleware
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Simulate user authentication
  const userId = 123; // Example user ID
  const userRoles = ['admin', 'editor']; // Example user roles

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('userRoles', userRoles);
    next();
  });
};

// Mock authorization middleware
const authorizeUser = (requiredRole) => {
  return (req, res, next) => {
    const userRoles = asyncLocalStorage.getStore().get('userRoles') || [];

    if (userRoles.includes(requiredRole)) {
      next();
    } else {
      res.status(403).send('Unauthorized');
    }
  };
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/admin', authorizeUser('admin'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Admin page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/editor', authorizeUser('editor'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Editor page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/public', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Public page - User ID: ${userId}`); // Still accessible
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Šajā piemērā:

• Starpprogrammatūra authenticateUser simulē lietotāja autentifikāciju un saglabā lietotāja ID un lomas ALS.
• Starpprogrammatūra authorizeUser pārbauda, vai lietotājam ir nepieciešamā loma, izgūstot lietotāja lomas no ALS.
• Lietotāja ID ir pieejams visos maršrutos pēc autentifikācijas.

3. piemērs: Datu bāzes transakciju pārvaldība

ALS var izmantot, lai pārvaldītu datu bāzes transakcijas, nodrošinot, ka visas datu bāzes operācijas pieprasījuma ietvaros tiek veiktas vienā un tajā pašā transakcijā.

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

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

// Configure Sequelize
const sequelize = new Sequelize('database', 'user', 'password', {
  dialect: 'sqlite',
  storage: ':memory:', // Use in-memory database for example
  logging: false,
});

// Define a model
const User = sequelize.define('User', {
  username: Sequelize.STRING,
});

// Middleware to manage transactions
const transactionMiddleware = async (req, res, next) => {
  const transaction = await sequelize.transaction();

  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('transaction', transaction);
    try {
      await next();
      await transaction.commit();
    } catch (error) {
      await transaction.rollback();
      console.error('Transaction rolled back:', error);
      res.status(500).send('Transaction failed');
    }
  });
};

app.use(transactionMiddleware);

app.post('/users', async (req, res) => {
  const transaction = asyncLocalStorage.getStore().get('transaction');

  try {
    // Example: Create a user
    const user = await User.create({ 
      username: 'testuser',
    }, { transaction });

    res.status(201).send(`User created with ID: ${user.id}`);
  } catch (error) {
    console.error('Error creating user:', error);
    throw error; // Propagate the error to trigger rollback
  }
});

// Sync the database and start the server
sequelize.sync().then(() => {
  app.listen(3000, () => {
    console.log('Server listening on port 3000');
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Šajā piemērā:

• Starpprogrammatūra transactionMiddleware izveido Sequelize transakciju un saglabā to ALS.
• Visas datu bāzes operācijas pieprasījuma apstrādātājā izgūst transakciju no ALS un to izmanto.
• Ja rodas kļūda, transakcija tiek atcelta (rolled back), nodrošinot datu konsekvenci.

Padziļināta lietošana un apsvērumi

Papildus pamata piemēriem, apsveriet šos padziļinātos lietošanas modeļus un svarīgos apsvērumus, lietojot ALS:

• ALS instanču ligzdošana: Jūs varat ligzdot ALS instances, lai izveidotu hierarhiskus kontekstus. Tomēr ņemiet vērā iespējamo sarežģītību un nodrošiniet, lai konteksta robežas būtu skaidri definētas. Pareiza testēšana ir būtiska, lietojot ligzdotas ALS instances.
• Ietekme uz veiktspēju: Lai gan ALS piedāvā ievērojamas priekšrocības, ir svarīgi apzināties iespējamo veiktspējas slogu. Krātuves vietas izveide un piekļuve tai var nedaudz ietekmēt veiktspēju. Profilējiet savu lietojumprogrammu, lai pārliecinātos, ka ALS nav vājā vieta (bottleneck).
• Konteksta noplūde: Nepareiza konteksta pārvaldība var izraisīt konteksta noplūdi, kur dati no viena pieprasījuma netīši tiek atklāti citam. Tas ir īpaši aktuāli, lietojot enterWith un exit. Rūpīgas kodēšanas prakses un pamatīga testēšana ir izšķiroši svarīgas, lai novērstu konteksta noplūdi. Apsveriet iespēju izmantot koda kvalitātes pārbaudes rīkus (linting rules) vai statiskās analīzes rīkus, lai atklātu potenciālās problēmas.
• Integrācija ar reģistrēšanu un monitoringu: ALS var netraucēti integrēt ar reģistrēšanas (logging) un monitoringa sistēmām, lai sniegtu vērtīgu ieskatu jūsu lietojumprogrammas darbībā. Iekļaujiet pieprasījuma ID vai citu atbilstošu konteksta informāciju savos žurnāla ziņojumos, lai atvieglotu atkļūdošanu un problēmu novēršanu. Apsveriet iespēju izmantot tādus rīkus kā OpenTelemetry, lai automātiski izplatītu kontekstu starp pakalpojumiem.
• Alternatīvas ALS: Lai gan ALS ir spēcīgs rīks, tas ne vienmēr ir labākais risinājums katram scenārijam. Apsveriet alternatīvas pieejas, piemēram, konteksta objektu tiešu nodošanu vai atkarību injekcijas (dependency injection) izmantošanu, ja tās labāk atbilst jūsu lietojumprogrammas vajadzībām. Izvēloties konteksta pārvaldības stratēģiju, izvērtējiet kompromisus starp sarežģītību, veiktspēju un uzturējamību.

Globālās perspektīvas un starptautiskie apsvērumi

Izstrādājot lietojumprogrammas globālai auditorijai, ir svarīgi ņemt vērā šādus starptautiskos aspektus, lietojot ALS:

• Laika joslas: Saglabājiet informāciju par laika joslām ALS, lai nodrošinātu, ka datumi un laiki tiek pareizi parādīti lietotājiem dažādās laika joslās. Izmantojiet bibliotēku, piemēram, Moment.js vai Luxon, lai veiktu laika joslu konvertēšanu. Piemēram, pēc lietotāja pieteikšanās jūs varētu saglabāt viņa vēlamo laika joslu ALS.
• Lokalizācija: Saglabājiet lietotāja vēlamo valodu un lokalizāciju (locale) ALS, lai nodrošinātu, ka lietojumprogramma tiek parādīta pareizajā valodā. Izmantojiet lokalizācijas bibliotēku, piemēram, i18next, lai pārvaldītu tulkojumus. Lietotāja lokalizāciju var izmantot, lai formatētu skaitļus, datumus un valūtas atbilstoši viņu kultūras preferencēm.
• Valūta: Saglabājiet lietotāja vēlamo valūtu ALS, lai nodrošinātu, ka cenas tiek parādītas pareizi. Izmantojiet valūtas konvertēšanas bibliotēku, lai veiktu valūtas konvertēšanu. Cenu rādīšana lietotāja vietējā valūtā var uzlabot lietotāja pieredzi un palielināt konversijas rādītājus.
• Datu privātuma regulas: Apzinieties datu privātuma regulas, piemēram, VDAR (GDPR), glabājot lietotāju datus ALS. Pārliecinieties, ka glabājat tikai tos datus, kas nepieciešami lietojumprogrammas darbībai, un ka jūs apstrādājat datus droši. Ieviesiet atbilstošus drošības pasākumus, lai aizsargātu lietotāju datus no nesankcionētas piekļuves.

Noslēgums

JavaScript asinhronā lokālā krātuve nodrošina stabilu un elegantu risinājumu pieprasījumu konteksta pārvaldībai asinhronās JavaScript lietojumprogrammās. Glabājot kontekstam specifiskus datus ALS, jūs varat vienkāršot savu kodu, uzlabot uzturējamību un uzlabot atkļūdošanas iespējas. Šajā rokasgrāmatā izklāstīto pamatjēdzienu un labāko prakšu izpratne ļaus jums efektīvi izmantot ALS, lai veidotu mērogojamas un uzticamas lietojumprogrammas, kas spēj tikt galā ar mūsdienu asinhronās programmēšanas sarežģītībām. Vienmēr atcerieties apsvērt ietekmi uz veiktspēju un potenciālās konteksta noplūdes problēmas, lai nodrošinātu optimālu jūsu lietojumprogrammas veiktspēju un drošību. ALS pieņemšana paver jaunu skaidrības un kontroles līmeni asinhrono darbplūsmu pārvaldībā, galu galā novedot pie efektīvāka un uzturējamāka koda.