Overerving van Asynchrone Contextvariabelen in JavaScript: De Contextpropagatieketen Meester Worden

Asynchroon programmeren is een hoeksteen van moderne JavaScript-ontwikkeling, met name in Node.js en browseromgevingen. Hoewel het aanzienlijke prestatievoordelen biedt, introduceert het ook complexiteiten, vooral bij het beheren van de context over asynchrone operaties heen. Het is cruciaal om ervoor te zorgen dat variabelen en relevante gegevens toegankelijk zijn gedurende de hele uitvoeringsketen voor taken zoals logging, authenticatie, tracing en het afhandelen van requests. Hier wordt het begrijpen en implementeren van de juiste overerving van asynchrone contextvariabelen essentieel.

De Uitdagingen van Asynchrone Context Begrijpen

In synchrone JavaScript is het benaderen van variabelen eenvoudig. Variabelen die in een bovenliggende scope zijn gedeclareerd, zijn direct beschikbaar in onderliggende scopes. Asynchrone operaties verstoren dit eenvoudige model echter. Callbacks, promises en async/await introduceren punten waar de uitvoeringscontext kan verschuiven, waardoor mogelijk de toegang tot belangrijke gegevens verloren gaat. Overweeg het volgende voorbeeld:

            function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

  setTimeout(() => {
    // Probleem: Hoe krijgen we hier toegang tot userId?
    console.log(`Processing request for user: ${userId}`); // userId kan undefined zijn!
    res.send('Request processed');
  }, 1000);
}

            

              
                Copy
              
            
          

In dit vereenvoudigde scenario is de `userId` verkregen uit de request headers mogelijk niet betrouwbaar toegankelijk binnen de `setTimeout` callback. Dit komt omdat de callback wordt uitgevoerd in een andere iteratie van de event loop, waardoor de oorspronkelijke context mogelijk verloren gaat.

Introductie van AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage, geïntroduceerd in Node.js 14, biedt een mechanisme om gegevens op te slaan en op te halen die behouden blijven over asynchrone operaties heen. Het werkt als een thread-local opslag in andere talen, maar is specifiek ontworpen voor de event-gestuurde, niet-blokkerende omgeving van JavaScript.

Hoe AsyncLocalStorage Werkt

AsyncLocalStorage stelt u in staat een opslaginstantie te creëren die zijn gegevens behoudt gedurende de gehele levensduur van een asynchrone uitvoeringscontext. Deze context wordt automatisch doorgegeven over `await` aanroepen, promises en andere asynchrone grenzen heen, waardoor de opgeslagen gegevens toegankelijk blijven.

Basisgebruik van AsyncLocalStorage

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    setTimeout(() => {
      const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
      console.log(`Processing request for user: ${currentUserId}`);
      res.send('Request processed');
    }, 1000);
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

In dit herziene voorbeeld creëert `AsyncLocalStorage.run()` een nieuwe uitvoeringscontext met een initiële store (in dit geval een `Map`). De `userId` wordt vervolgens opgeslagen in deze context met behulp van `asyncLocalStorage.getStore().set()`. Binnen de `setTimeout` callback haalt `asyncLocalStorage.getStore().get()` de `userId` op uit de context, waardoor deze beschikbaar is, zelfs na de asynchrone vertraging.

Sleutelconcepten: Store en Run

• Store: De store is een container voor uw contextgegevens. Het kan elk JavaScript-object zijn, maar het gebruik van een `Map` of een eenvoudig object is gebruikelijk. De store is uniek voor elke asynchrone uitvoeringscontext.
• Run: De `run()` methode voert een functie uit binnen de context van de AsyncLocalStorage-instantie. Het accepteert een store en een callback-functie. Alles binnen die callback (en alle asynchrone operaties die het activeert) heeft toegang tot die store.

AsyncResource: De Kloof met Native Asynchrone Operaties Overbruggen

Hoewel AsyncLocalStorage een krachtig mechanisme biedt voor contextpropagatie in JavaScript-code, breidt het zich niet automatisch uit tot native asynchrone operaties zoals toegang tot het bestandssysteem of netwerkverzoeken. AsyncResource overbrugt deze kloof door u in staat te stellen deze operaties expliciet te associëren met de huidige AsyncLocalStorage-context.

AsyncResource Begrijpen

Met AsyncResource kunt u een representatie creëren van een asynchrone operatie die kan worden gevolgd door AsyncLocalStorage. Dit zorgt ervoor dat de AsyncLocalStorage-context correct wordt doorgegeven aan de callbacks of promises die aan de native asynchrone operatie zijn gekoppeld.

AsyncResource Gebruiken

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    const resource = new AsyncResource('file-read-operation');

    fs.readFile('data.txt', 'utf8', (err, data) => {
      resource.runInAsyncScope(() => {
        const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
        console.log(`Processing data for user ${currentUserId}: ${data.length} bytes read`);
        res.send('Request processed');
        resource.emitDestroy();
      });
    });
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

In dit voorbeeld wordt `AsyncResource` gebruikt om de `fs.readFile` operatie te omhullen. `resource.runInAsyncScope()` zorgt ervoor dat de callback-functie voor `fs.readFile` wordt uitgevoerd binnen de context van de AsyncLocalStorage, waardoor de `userId` toegankelijk wordt. De `resource.emitDestroy()` aanroep is cruciaal voor het vrijgeven van resources en het voorkomen van geheugenlekken nadat de asynchrone operatie is voltooid. Let op: Het niet aanroepen van `emitDestroy()` kan leiden tot resourcelekken en instabiliteit van de applicatie.

Sleutelconcepten: Resourcebeheer

• Aanmaken van Resource: Creëer een `AsyncResource`-instantie voordat de asynchrone operatie wordt gestart. De constructor accepteert een naam (gebruikt voor debugging) en een optionele `triggerAsyncId`.
• Contextpropagatie: Gebruik `runInAsyncScope()` om de callback-functie uit te voeren binnen de AsyncLocalStorage-context.
• Vernietiging van Resource: Roep `emitDestroy()` aan wanneer de asynchrone operatie is voltooid om resources vrij te geven.

Een Contextpropagatieketen Bouwen

De ware kracht van AsyncLocalStorage en AsyncResource ligt in hun vermogen om een contextpropagatieketen te creëren die meerdere asynchrone operaties en functieaanroepen omspant. Dit stelt u in staat om een consistente en betrouwbare context in uw hele applicatie te handhaven.

Voorbeeld: Een Gelaagde Asynchrone Flow

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

async function fetchData() {
  return new Promise((resolve) => {
    const resource = new AsyncResource('data-fetch');
    fs.readFile('data.txt', 'utf8', (err, data) => {
      resource.runInAsyncScope(() => {
        resolve(data);
        resource.emitDestroy();
      });
    });
  });
}

async function processData(data) {
  const currentUserId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`Processing data for user ${currentUserId}: ${data.length} bytes`);
  return `Processed by user ${currentUserId}: ${data.substring(0, 20)}...`;
}

async function sendResponse(processedData, res) {
  res.send(processedData);
}

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.headers['user-id'];

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

    const data = await fetchData();
    const processedData = await processData(data);
    await sendResponse(processedData, res);
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

In dit voorbeeld initieert `processRequest` de flow. Het gebruikt `AsyncLocalStorage.run()` om de initiële context met de `userId` vast te stellen. `fetchData` leest data asynchroon uit een bestand met behulp van `AsyncResource`. `processData` heeft vervolgens toegang tot de `userId` vanuit de AsyncLocalStorage om de data te verwerken. Tot slot stuurt `sendResponse` de verwerkte data terug naar de client. De sleutel is dat de `userId` beschikbaar is gedurende deze hele asynchrone keten dankzij de contextpropagatie die door AsyncLocalStorage wordt geboden.

Voordelen van een Contextpropagatieketen

• Vereenvoudigde Logging: Krijg toegang tot request-specifieke informatie (bijv. gebruikers-ID, request-ID) in uw logginglogica zonder deze expliciet door meerdere functieaanroepen door te geven. Dit maakt debuggen en auditen eenvoudiger.
• Gecentraliseerde Configuratie: Sla configuratie-instellingen die relevant zijn voor een bepaald request of operatie op in de AsyncLocalStorage-context. Dit stelt u in staat om het gedrag van de applicatie dynamisch aan te passen op basis van de context.
• Verbeterde Observeerbaarheid: Integreer met tracingsystemen om de uitvoeringsstroom van asynchrone operaties te volgen en prestatieknelpunten te identificeren.
• Verbeterde Beveiliging: Beheer beveiligingsgerelateerde informatie (bijv. authenticatietokens, autorisatierollen) binnen de context, wat zorgt voor een consistente en veilige toegangscontrole.

Best Practices voor het Gebruik van AsyncLocalStorage en AsyncResource

Hoewel AsyncLocalStorage en AsyncResource krachtige tools zijn, moeten ze oordeelkundig worden gebruikt om prestatieoverhead en potentiële valkuilen te vermijden.

Minimaliseer de Grootte van de Store

Sla alleen de gegevens op die echt noodzakelijk zijn voor de asynchrone context. Vermijd het opslaan van grote objecten of onnodige gegevens, omdat dit de prestaties kan beïnvloeden. Overweeg het gebruik van lichtgewicht datastructuren zoals Maps of gewone JavaScript-objecten.

Vermijd Overmatig Wisselen van Context

Frequente aanroepen van `AsyncLocalStorage.run()` kunnen prestatieoverhead introduceren. Groepeer gerelateerde asynchrone operaties waar mogelijk binnen één enkele context. Vermijd het onnodig nesten van AsyncLocalStorage-contexten.

Behandel Fouten Correct

Zorg ervoor dat fouten binnen de AsyncLocalStorage-context correct worden afgehandeld. Gebruik try-catch blokken of foutafhandelingsmiddleware om te voorkomen dat onbehandelde uitzonderingen de contextpropagatieketen verstoren. Overweeg fouten te loggen met context-specifieke informatie die uit de AsyncLocalStorage-store wordt gehaald voor eenvoudiger debuggen.

Gebruik AsyncResource Verantwoord

Roep altijd `resource.emitDestroy()` aan nadat de asynchrone operatie is voltooid om resources vrij te geven. Als u dit niet doet, kan dit leiden tot geheugenlekken en instabiliteit van de applicatie. Gebruik AsyncResource alleen wanneer nodig om de kloof tussen JavaScript-code en native asynchrone operaties te overbruggen. Voor puur JavaScript asynchrone operaties is AsyncLocalStorage alleen vaak voldoende.

Houd Rekening met Prestatie-implicaties

AsyncLocalStorage en AsyncResource introduceren enige prestatieoverhead. Hoewel dit over het algemeen acceptabel is voor de meeste applicaties, is het essentieel om u bewust te zijn van de mogelijke impact, vooral in prestatiekritieke scenario's. Profileer uw code en meet de prestatie-impact van het gebruik van AsyncLocalStorage en AsyncResource om ervoor te zorgen dat het voldoet aan de eisen van uw applicatie.

Voorbeeld: Een Aangepaste Logger Implementeren met AsyncLocalStorage

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const logger = {
  log: (message) => {
    const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'N/A';
    console.log(`[${requestId}] ${message}`);
  },
  error: (message) => {
    const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'N/A';
    console.error(`[${requestId}] ERROR: ${message}`);
  },
};

function processRequest(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(7); // Genereer een uniek request ID

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    logger.log('Request received');
    next(); // Geef de controle door aan de volgende middleware
  });
}

// Voorbeeldgebruik (in een Express.js-applicatie)
// app.use(processRequest);
// app.get('/data', (req, res) => {
//   logger.log('Fetching data...');
//   res.send('Data retrieved successfully');
// });

// In geval van fouten:
// try {
//   // wat code die een fout kan gooien
// } catch (error) {
//   logger.error(`An error occurred: ${error.message}`);
//   // ...
// }

            

              
                Copy
              
            
          

Dit voorbeeld laat zien hoe AsyncLocalStorage kan worden gebruikt om een aangepaste logger te implementeren die automatisch de request-ID in elk logbericht opneemt. Dit elimineert de noodzaak om de request-ID expliciet door te geven aan de loggingfuncties, wat de code schoner en gemakkelijker te onderhouden maakt.

Alternatieven voor AsyncLocalStorage

Hoewel AsyncLocalStorage een robuuste oplossing biedt voor contextpropagatie, bestaan er andere benaderingen. Afhankelijk van de specifieke behoeften van uw applicatie, kunnen deze alternatieven geschikter zijn.

Expliciet Doorgeven van Context

De eenvoudigste benadering is om de contextgegevens expliciet als argumenten door te geven aan functieaanroepen. Hoewel dit eenvoudig is, kan het omslachtig en foutgevoelig worden, vooral in complexe asynchrone flows. Het koppelt functies ook nauw aan de contextgegevens, waardoor de code minder modulair en herbruikbaar wordt.

cls-hooked (Community Module)

`cls-hooked` is een populaire community-module die vergelijkbare functionaliteit biedt als AsyncLocalStorage, maar vertrouwt op het monkey-patchen van de Node.js API. Hoewel het in sommige gevallen gemakkelijker te gebruiken kan zijn, wordt over het algemeen aanbevolen om waar mogelijk de native AsyncLocalStorage te gebruiken, omdat deze performanter is en minder snel compatibiliteitsproblemen introduceert.

Bibliotheken voor Contextpropagatie

Verschillende bibliotheken bieden abstracties op een hoger niveau voor contextpropagatie. Deze bibliotheken bieden vaak functies zoals automatische tracing, logging-integratie en ondersteuning voor verschillende contexttypen. Voorbeelden zijn bibliotheken die zijn ontworpen voor specifieke frameworks of observeerbaarheidsplatforms.

Conclusie

JavaScript AsyncLocalStorage en AsyncResource bieden krachtige mechanismen voor het beheren van context over asynchrone operaties. Door de concepten van stores, runs en resourcebeheer te begrijpen, kunt u robuuste, onderhoudbare en observeerbare asynchrone applicaties bouwen. Hoewel er alternatieven bestaan, biedt AsyncLocalStorage een native en performante oplossing voor de meeste use cases. Door best practices te volgen en zorgvuldig rekening te houden met de prestatie-implicaties, kunt u AsyncLocalStorage benutten om uw code te vereenvoudigen en de algehele kwaliteit van uw asynchrone applicaties te verbeteren. Dit resulteert in code die niet alleen gemakkelijker te debuggen is, maar ook veiliger, betrouwbaarder en schaalbaarder in de complexe asynchrone omgevingen van vandaag. Vergeet niet de cruciale stap van `resource.emitDestroy()` bij het gebruik van `AsyncResource` om mogelijke geheugenlekken te voorkomen. Omarm deze tools om de complexiteit van asynchrone context te overwinnen en werkelijk uitzonderlijke JavaScript-applicaties te bouwen.