JavaScript asinhronā lokālā krātuve (Async Local Storage): Pieprasījuma tvēruma konteksta pārvaldības apgūšana

Asinhronās JavaScript pasaulē konteksta pārvaldība dažādās operācijās var kļūt par sarežģītu izaicinājumu. Tradicionālās metodes, piemēram, konteksta objektu nodošana caur funkciju izsaukumiem, bieži noved pie liekvārdīga un apgrūtinoša koda. Par laimi, JavaScript asinhronā lokālā krātuve (ALS) piedāvā elegantu risinājumu pieprasījuma tvēruma konteksta pārvaldībai asinhronās vidēs. Šis raksts iedziļinās ALS smalkumos, izpētot tās priekšrocības, ieviešanu un reālās pasaules pielietojuma gadījumus.

Kas ir asinhronā lokālā krātuve (Async Local Storage)?

Asinhronā lokālā krātuve (Async Local Storage jeb ALS) ir mehānisms, kas ļauj uzglabāt datus, kuri ir lokāli konkrētam asinhronās izpildes kontekstam. Šis konteksts parasti ir saistīts ar pieprasījumu vai transakciju. To var uzskatīt par veidu, kā izveidot pavedienlokālās krātuves (thread-local storage) ekvivalentu asinhronām JavaScript vidēm, piemēram, Node.js. Atšķirībā no tradicionālās pavedienlokālās krātuves (kas nav tieši piemērojama vienpavediena JavaScript), ALS izmanto asinhronos primitīvus, lai izplatītu kontekstu starp asinhroniem izsaukumiem, nepārprotami nenodot to kā argumentus.

ALS pamatideja ir tāda, ka noteiktas asinhronas operācijas ietvaros (piemēram, apstrādājot tīmekļa pieprasījumu), jūs varat uzglabāt un izgūt datus, kas saistīti ar šo konkrēto operāciju, nodrošinot izolāciju un novēršot konteksta piesārņošanu starp dažādiem vienlaicīgiem asinhroniem uzdevumiem.

Kāpēc izmantot asinhrono lokālo krātuvi?

Ir vairāki pārliecinoši iemesli, kāpēc mūsdienu JavaScript lietojumprogrammās tiek ieviesta asinhronā lokālā krātuve:

• Vienkāršota konteksta pārvaldība: Izvairieties no konteksta objektu nodošanas caur vairākiem funkciju izsaukumiem, samazinot koda liekvārdību un uzlabojot lasāmību.
• Uzlabota koda uzturējamība: Centralizējiet konteksta pārvaldības loģiku, padarot lietojumprogrammas konteksta modificēšanu un uzturēšanu vieglāku.
• Uzlabota atkļūdošana un trasēšana: Izplatiet pieprasījumam specifisku informāciju, lai izsekotu pieprasījumus cauri dažādiem jūsu lietojumprogrammas slāņiem.
• Nevainojama integrācija ar starpprogrammatūru: ALS labi integrējas ar starpprogrammatūras (middleware) modeļiem ietvaros, piemēram, Express.js, ļaujot jums tvert un izplatīt kontekstu jau pieprasījuma dzīves cikla sākumā.
• Samazināts šablona kods: Novērsiet nepieciešamību skaidri pārvaldīt kontekstu katrā funkcijā, kurai tas nepieciešams, tādējādi iegūstot tīrāku un mērķtiecīgāku kodu.

Pamatjēdzieni un API

Asinhronās lokālās krātuves API, kas pieejama Node.js (no versijas 13.10.0 un jaunākām) caur `async_hooks` moduli, nodrošina šādus galvenos komponentus:

• `AsyncLocalStorage` klase: Galvenā klase asinhronās krātuves instanču izveidei un pārvaldībai.
• `run(store, callback, ...args)` metode: Izpilda funkciju noteiktā asinhronā kontekstā. `store` arguments apzīmē datus, kas saistīti ar kontekstu, un `callback` ir funkcija, kas jāizpilda.
• `getStore()` metode: Iegūst datus, kas saistīti ar pašreizējo asinhrono kontekstu. Atgriež `undefined`, ja nav aktīva konteksta.
• `enterWith(store)` metode: Skaidri ieiet kontekstā ar norādīto krātuvi. Jālieto piesardzīgi, jo tas var padarīt kodu grūtāk saprotamu.
• `disable()` metode: Atspējo AsyncLocalStorage instanci.

Praktiski piemēri un koda fragmenti

Apskatīsim dažus praktiskus piemērus, kā izmantot asinhrono lokālo krātuvi JavaScript lietojumprogrammās.

Pamata lietojums

Šis piemērs demonstrē vienkāršu scenāriju, kurā mēs uzglabājam un izgūstam pieprasījuma ID asinhronā kontekstā.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // Simulē asinhronas operācijas
    setTimeout(() => {
      const currentContext = asyncLocalStorage.getStore();
      console.log(`Request ID: ${currentContext.requestId}`);
      res.end(`Request processed with ID: ${currentContext.requestId}`);
    }, 100);
  });
}

// Simulē ienākošos pieprasījumus
const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  processRequest(req, res);
});

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

ALS izmantošana ar Express.js starpprogrammatūru

Šis piemērs parāda, kā integrēt ALS ar Express.js starpprogrammatūru, lai tvertu pieprasījumam specifisku informāciju un padarītu to pieejamu visā pieprasījuma dzīves ciklā.

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

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

// Starpprogrammatūra pieprasījuma ID tveršanai
app.use((req, res, next) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    next();
  });
});

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

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

Padziļināts pielietojums: Izkliedētā trasēšana

ALS var būt īpaši noderīga izkliedētās trasēšanas (distributed tracing) scenārijos, kur nepieciešams izplatīt trasēšanas ID starp vairākiem pakalpojumiem un asinhronām operācijām. Šis piemērs demonstrē, kā ģenerēt un izplatīt trasēšanas ID, izmantojot ALS.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function generateTraceId() {
  return uuidv4();
}

function withTrace(callback) {
  const traceId = generateTraceId();
  asyncLocalStorage.run({ traceId }, callback);
}

function getTraceId() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  return store ? store.traceId : null;
}

// Lietošanas piemērs
withTrace(() => {
  const traceId = getTraceId();
  console.log(`Trace ID: ${traceId}`);

  // Simulē asinhronu operāciju
  setTimeout(() => {
    const nestedTraceId = getTraceId();
    console.log(`Nested Trace ID: ${nestedTraceId}`); // Jābūt tam pašam trasēšanas ID
  }, 50);
});

Reālās pasaules pielietojuma gadījumi

Asinhronā lokālā krātuve ir daudzpusīgs rīks, ko var izmantot dažādos scenārijos:

• Žurnalēšana: Bagātiniet žurnāla ziņojumus ar pieprasījumam specifisku informāciju, piemēram, pieprasījuma ID, lietotāja ID vai trasēšanas ID.
• Autentifikācija un autorizācija: Uzglabājiet lietotāja autentifikācijas kontekstu un piekļūstiet tam visā pieprasījuma dzīves ciklā.
• Datu bāzes transakcijas: Saistiet datu bāzes transakcijas ar konkrētiem pieprasījumiem, nodrošinot datu konsekvenci un izolāciju.
• Kļūdu apstrāde: Tveriet pieprasījumam specifisku kļūdu kontekstu un izmantojiet to detalizētai kļūdu ziņošanai un atkļūdošanai.
• A/B testēšana: Uzglabājiet eksperimentu uzdevumus un konsekventi tos pielietojiet visā lietotāja sesijā.

Apsvērumi un labākās prakses

Lai gan asinhronā lokālā krātuve piedāvā ievērojamas priekšrocības, ir svarīgi to izmantot apdomīgi un ievērot labākās prakses:

• Veiktspējas virsizdevumi: ALS rada nelielu veiktspējas virsizdevumu asinhrono kontekstu izveides un pārvaldības dēļ. Izmēriet ietekmi uz savu lietojumprogrammu un attiecīgi optimizējiet.
• Konteksta piesārņošana: Izvairieties no pārmērīga datu apjoma uzglabāšanas ALS, lai novērstu atmiņas noplūdes un veiktspējas pasliktināšanos.
• Skaidra konteksta pārvaldība: Dažos gadījumos skaidra konteksta objektu nodošana var būt piemērotāka, īpaši sarežģītām vai dziļi ligzdotām operācijām.
• Ietvara integrācija: Izmantojiet esošās ietvaru integrācijas un bibliotēkas, kas nodrošina ALS atbalstu bieži sastopamiem uzdevumiem, piemēram, žurnalēšanai un trasēšanai.
• Kļūdu apstrāde: Ieviesiet pareizu kļūdu apstrādi, lai novērstu konteksta noplūdes un nodrošinātu, ka ALS konteksti tiek pareizi notīrīti.

Alternatīvas asinhronajai lokālajai krātuvei

Lai gan ALS ir spēcīgs rīks, tas ne vienmēr ir labākais risinājums katrai situācijai. Šeit ir dažas alternatīvas, ko apsvērt:

• Skaidra konteksta nodošana: Tradicionālā pieeja, nododot konteksta objektus kā argumentus. Tas var būt skaidrāk un vieglāk saprotams, bet var arī novest pie liekvārdīga koda.
• Atkarību injekcija (Dependency Injection): Izmantojiet atkarību injekcijas ietvarus, lai pārvaldītu kontekstu un atkarības. Tas var uzlabot koda modularitāti un testējamību.
• Konteksta mainīgie (TC39 priekšlikums): Ierosināta ECMAScript funkcija, kas nodrošina standartizētāku veidu konteksta pārvaldībai. Vēl ir izstrādes stadijā un nav plaši atbalstīta.
• Pielāgoti konteksta pārvaldības risinājumi: Izstrādājiet pielāgotus konteksta pārvaldības risinājumus, kas pielāgoti jūsu konkrētajām lietojumprogrammas prasībām.

AsyncLocalStorage.enterWith() metode

Metode `enterWith()` ir tiešāks veids, kā iestatīt ALS kontekstu, apejot automātisko izplatīšanu, ko nodrošina `run()`. Tomēr to jālieto piesardzīgi. Parasti ieteicams izmantot `run()`, lai pārvaldītu kontekstu, jo tas automātiski apstrādā konteksta izplatīšanu starp asinhronām operācijām. `enterWith()` var izraisīt neparedzētu uzvedību, ja to nelieto uzmanīgi.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const store = { data: 'Some Data' };

// Krātuves iestatīšana, izmantojot enterWith
asyncLocalStorage.enterWith(store);

// Piekļuve krātuvei (jādarbojas uzreiz pēc enterWith)
console.log(asyncLocalStorage.getStore());

// Asinhronas funkcijas izpilde, kura automātiski NEMANTOS kontekstu
setTimeout(() => {
  // Konteksts šeit JOPROJĀM ir aktīvs, jo mēs to iestatījām manuāli ar enterWith.
  console.log(asyncLocalStorage.getStore());
}, 1000);

// Lai pareizi notīrītu kontekstu, būtu nepieciešams try...finally bloks
// Tas parāda, kāpēc parasti priekšroka tiek dota run(), jo tā automātiski veic tīrīšanu.

Biežākās kļūdas un kā no tām izvairīties

• Aizmirst izmantot `run()`: Ja inicializējat AsyncLocalStorage, bet aizmirstat ietvert pieprasījumu apstrādes loģiku `asyncLocalStorage.run()`, konteksts netiks pareizi izplatīts, un, izsaucot `getStore()`, tiks iegūtas `undefined` vērtības.
• Nepareiza konteksta izplatīšana ar Promises: Lietojot Promises, pārliecinieties, ka `run()` atzvanīšanas funkcijā gaidāt asinhrono operāciju pabeigšanu (await). Ja negaidāt, konteksts var netikt izplatīts pareizi.
• Atmiņas noplūdes: Izvairieties no lielu objektu glabāšanas AsyncLocalStorage kontekstā, jo tas var izraisīt atmiņas noplūdes, ja konteksts netiek pareizi notīrīts.
• Pārmērīga paļaušanās uz AsyncLocalStorage: Neizmantojiet AsyncLocalStorage kā globālu stāvokļa pārvaldības risinājumu. Tas ir vislabāk piemērots pieprasījuma tvēruma konteksta pārvaldībai.

Konteksta pārvaldības nākotne JavaScript

JavaScript ekosistēma nepārtraukti attīstās, un parādās jaunas pieejas konteksta pārvaldībai. Ierosinātā Konteksta mainīgo funkcija (TC39 priekšlikums) mērķē nodrošināt standartizētāku un valodas līmeņa risinājumu konteksta pārvaldībai. Kad šīs funkcijas nobriedīs un gūs plašāku pielietojumu, tās var piedāvāt vēl elegantākus un efektīvākus veidus, kā apstrādāt kontekstu JavaScript lietojumprogrammās.

Noslēgums

JavaScript asinhronā lokālā krātuve nodrošina jaudīgu un elegantu risinājumu pieprasījuma tvēruma konteksta pārvaldībai asinhronās vidēs. Vienkāršojot konteksta pārvaldību, uzlabojot koda uzturējamību un paplašinot atkļūdošanas iespējas, ALS var ievērojami uzlabot izstrādes pieredzi Node.js lietojumprogrammām. Tomēr ir būtiski izprast pamatjēdzienus, ievērot labākās prakses un apsvērt iespējamo veiktspējas virsizdevumu pirms ALS ieviešanas savos projektos. Tā kā JavaScript ekosistēma turpina attīstīties, var parādīties jaunas un uzlabotas pieejas konteksta pārvaldībai, piedāvājot vēl sarežģītākus risinājumus sarežģītu asinhrono scenāriju apstrādei.