JavaScript Async Context Variabelen: Een Diepgaande Blik op Request Tracking

Asynchroon programmeren is fundamenteel voor moderne JavaScript-ontwikkeling, met name in omgevingen zoals Node.js. Het beheren van state en context over asynchrone operaties kan echter een uitdaging zijn. Dit is waar Async Context Variabelen (ACV) een rol spelen. Dit artikel biedt een uitgebreide gids voor het begrijpen en implementeren van Async Context Variabelen voor robuuste request tracking en verbeterde diagnostiek.

Wat zijn Async Context Variabelen?

Async Context Variabelen, ook bekend als AsyncLocalStorage in Node.js, bieden een mechanisme voor het opslaan en benaderen van gegevens die lokaal zijn voor de huidige asynchrone uitvoeringscontext. Zie het als thread-local storage in andere talen, maar dan aangepast voor de single-threaded, event-driven aard van JavaScript. Dit stelt u in staat om gegevens te associëren met een asynchrone operatie en deze consistent te benaderen gedurende de hele levenscyclus van die operatie, ongeacht hoeveel asynchrone aanroepen er worden gedaan.

Traditionele benaderingen voor request tracking, zoals het doorgeven van gegevens via functieargumenten, kunnen omslachtig en foutgevoelig worden naarmate de complexiteit van de applicatie toeneemt. Async Context Variabelen bieden een schonere, beter onderhoudbare oplossing.

Waarom Async Context Variabelen gebruiken voor Request Tracking?

Request tracking is om verschillende redenen cruciaal:

• Debuggen: Wanneer een fout optreedt, moet u de context begrijpen waarin deze is gebeurd. Request-ID's, gebruikers-ID's en andere relevante gegevens kunnen helpen de oorzaak van het probleem te achterhalen.
• Logging: Het verrijken van logberichten met request-specifieke informatie maakt het gemakkelijker om de uitvoeringsflow van een request te traceren en prestatieknelpunten te identificeren.
• Prestatiemonitoring: Het bijhouden van de duur van requests en het resourcegebruik kan helpen bij het identificeren van trage endpoints en het optimaliseren van de applicatieprestaties.
• Beveiligingsaudits: Het loggen van gebruikersacties en bijbehorende gegevens kan waardevolle inzichten bieden voor beveiligingsaudits en nalevingsdoeleinden.

Async Context Variabelen vereenvoudigen request tracking door een centrale, gemakkelijk toegankelijke opslagplaats voor request-specifieke gegevens te bieden. Dit elimineert de noodzaak om contextgegevens handmatig door meerdere functieaanroepen en asynchrone operaties te propageren.

Implementatie van Async Context Variabelen in Node.js

Node.js biedt de async_hooks module, die de AsyncLocalStorage klasse bevat, voor het beheren van asynchrone context. Hier is een basisvoorbeeld:

Voorbeeld: Basis Request Tracking met AsyncLocalStorage

Importeer eerst de benodigde modules:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Maak een instantie van AsyncLocalStorage aan:

            const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

            

              
                Copy
              
            
          

Maak een HTTP-server die AsyncLocalStorage gebruikt om een request-ID op te slaan en op te halen:

            const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    setTimeout(() => {
      console.log(`Request ID inside timeout: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);
      res.end('Hello, world!');
    }, 100);
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Start de server:

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

            

              
                Copy
              
            
          

In dit voorbeeld creëert asyncLocalStorage.run() een nieuwe asynchrone context. Binnen deze context stellen we de requestId in. De setTimeout functie, die asynchroon wordt uitgevoerd, kan nog steeds toegang krijgen tot de requestId omdat deze zich binnen dezelfde asynchrone context bevindt.

Uitleg

• AsyncLocalStorage: Biedt de API voor het beheren van asynchrone context.
• asyncLocalStorage.run(store, callback): Voert de callback functie uit binnen een nieuwe asynchrone context. Het store argument is een initiële waarde voor de context (bijv. een Map of een object).
• asyncLocalStorage.getStore(): Geeft de store van de huidige asynchrone context terug.

Geavanceerde Scenario's voor Request Tracking

Het basisvoorbeeld demonstreert de fundamentele principes. Hier zijn meer geavanceerde scenario's:

Scenario 1: Integratie met een Database

U kunt Async Context Variabelen gebruiken om automatisch request-ID's op te nemen in databasequery's. Dit is met name handig voor auditing en het debuggen van database-interacties.

            const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const http = require('http');
const { Pool } = require('pg'); // Uitgaande van PostgreSQL

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const pool = new Pool({
  user: 'your_user',
  host: 'your_host',
  database: 'your_database',
  password: 'your_password',
  port: 5432,
});

// Functie om een query uit te voeren met request-ID
async function executeQuery(queryText, values = []) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'unknown';
  const enrichedQueryText = `/* requestId: ${requestId} */ ${queryText}`;
  try {
     const res = await pool.query(enrichedQueryText, values);
     return res;
  } catch (err) {
     console.error("Error executing query:", err);
     throw err;
  }

}

const server = http.createServer(async (req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Request ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')}`);

    try {
      // Voorbeeld: Gegevens invoegen in een tabel
      const result = await executeQuery('SELECT NOW()');
      console.log("Query result:", result.rows);
      res.end('Hello, database!');
    } catch (error) {
      console.error("Request failed:", error);
      res.statusCode = 500;
      res.end('Internal Server Error');
    }

  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

In dit voorbeeld haalt de executeQuery functie de request-ID op uit de AsyncLocalStorage en neemt deze op als commentaar in de SQL-query. Hierdoor kunt u databasequery's gemakkelijk terugvoeren naar specifieke requests.

Scenario 2: Gedistribueerde Tracing

Voor complexe applicaties met meerdere microservices kunt u Async Context Variabelen gebruiken om tracing-informatie over servicegrenzen heen te propageren. Dit maakt end-to-end request tracing mogelijk, wat essentieel is voor het identificeren van prestatieknelpunten en het debuggen van gedistribueerde systemen.

Dit omvat doorgaans het genereren van een unieke trace-ID aan het begin van een request en deze te propageren naar alle downstream services. Dit kan worden gedaan door de trace-ID op te nemen in HTTP-headers.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const server = http.createServer((req, res) => {
  const traceId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    console.log(`Trace ID: ${asyncLocalStorage.getStore().get('traceId')}`);

    // Maak een request naar een andere service
    makeRequestToAnotherService(traceId)
      .then(data => {
        res.end(`Response from other service: ${data}`);
      })
      .catch(err => {
        console.error('Error making request:', err);
        res.statusCode = 500;
        res.end('Error from upstream service');
      });

  });
});

async function makeRequestToAnotherService(traceId) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const options = {
      hostname: 'example.com',
      port: 443,
      path: '/',
      method: 'GET',
      headers: {
        'X-Trace-ID': traceId, // Propageer trace-ID in HTTP-header
      },
    };

    const req = https.request(options, (res) => {
      let data = '';

      res.on('data', (chunk) => {
        data += chunk;
      });

      res.on('end', () => {
        resolve(data);
      });
    });

    req.on('error', (error) => {
      reject(error);
    });

    req.end();
  });
}

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

            

              
                Copy
              
            
          

De ontvangende service kan vervolgens de trace-ID uit de HTTP-header halen en opslaan in zijn eigen AsyncLocalStorage. Dit creëert een keten van trace-ID's die meerdere services omspant, waardoor end-to-end request tracing mogelijk wordt.

Scenario 3: Logcorrelatie

Consistente logging met request-specifieke informatie maakt het mogelijk om logs over meerdere services en componenten te correleren. Dit maakt het gemakkelijker om problemen te diagnosticeren en de stroom van requests door het systeem te traceren. Bibliotheken zoals Winston en Bunyan kunnen worden geïntegreerd om automatisch AsyncLocalStorage-gegevens op te nemen in logberichten.

Hier is hoe u Winston configureert voor automatische logcorrelatie:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

// Configureer Winston logger
const logger = winston.createLogger({
  level: 'info',
  format: winston.format.combine(
    winston.format.timestamp(),
    winston.format.printf(({ timestamp, level, message }) => {
      const requestId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('requestId') || 'unknown';
      return `${timestamp} [${level}] [requestId:${requestId}] ${message}`;
    })
  ),
  transports: [
    new winston.transports.Console(),
  ],
});

const server = http.createServer((req, res) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

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

    logger.info('Request received');

    setTimeout(() => {
      logger.info('Processing request...');
      res.end('Hello, logging!');
    }, 100);
  });
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Door de Winston logger zo te configureren dat deze de request-ID uit AsyncLocalStorage opneemt, worden alle logberichten binnen de request-context automatisch getagd met de request-ID.

Best Practices voor het Gebruik van Async Context Variabelen

• Initialiseer AsyncLocalStorage Vroeg: Maak en initialiseer uw AsyncLocalStorage-instantie zo vroeg mogelijk in de levenscyclus van uw applicatie. Dit zorgt ervoor dat deze overal in uw applicatie beschikbaar is.
• Gebruik een Consistente Naamgevingsconventie: Stel een consistente naamgevingsconventie vast voor uw contextvariabelen. Dit maakt het gemakkelijker om uw code te begrijpen en te onderhouden. U kunt bijvoorbeeld alle namen van contextvariabelen laten beginnen met acv_.
• Minimaliseer Contextgegevens: Sla alleen essentiële gegevens op in de Async Context. Grote contextobjecten kunnen de prestaties beïnvloeden. Overweeg om verwijzingen naar andere objecten op te slaan in plaats van de objecten zelf.
• Behandel Fouten Zorgvuldig: Zorg ervoor dat uw foutafhandelingslogica de Async Context correct opschoont. Onopgevangen uitzonderingen kunnen de context in een inconsistente staat achterlaten.
• Houd Rekening met Prestatie-implicaties: Hoewel AsyncLocalStorage over het algemeen performant is, kan overmatig gebruik of grote contextobjecten de prestaties beïnvloeden. Meet de prestaties van uw applicatie na het implementeren van AsyncLocalStorage.
• Wees Voorzichtig met Gebruik in Bibliotheken: Vermijd het gebruik van AsyncLocalStorage binnen bibliotheken die bedoeld zijn om door anderen te worden gebruikt, omdat dit kan leiden tot onverwacht gedrag en conflicten met het eigen gebruik van AsyncLocalStorage door de consumerende applicatie.

Alternatieven voor Async Context Variabelen

Hoewel Async Context Variabelen een krachtige oplossing bieden voor request tracking, bestaan er alternatieve benaderingen:

• Handmatige Contextpropagatie: Het doorgeven van contextgegevens als functieargumenten. Deze aanpak is eenvoudig voor kleine applicaties, maar wordt omslachtig en foutgevoelig naarmate de complexiteit groeit.
• Middleware: Het gebruik van middleware om contextgegevens in request-objecten te injecteren. Deze aanpak is gebruikelijk in webframeworks zoals Express.js.
• Contextpropagatiebibliotheken: Bibliotheken die abstracties op een hoger niveau bieden voor contextpropagatie. Deze bibliotheken kunnen de implementatie van complexe tracingscenario's vereenvoudigen.

De keuze van de aanpak hangt af van de specifieke vereisten van uw applicatie. Async Context Variabelen zijn met name geschikt voor complexe asynchrone workflows waar handmatige contextpropagatie moeilijk te beheren wordt.

Conclusie

Async Context Variabelen bieden een krachtige en elegante oplossing voor het beheren van state en context in asynchrone JavaScript-applicaties. Door Async Context Variabelen te gebruiken voor request tracking, kunt u de debugbaarheid, onderhoudbaarheid en prestaties van uw applicaties aanzienlijk verbeteren. Van basis request-ID tracking tot geavanceerde gedistribueerde tracing en logcorrelatie, AsyncLocalStorage stelt u in staat om robuustere en beter observeerbare systemen te bouwen. Het begrijpen en implementeren van deze technieken is essentieel voor elke ontwikkelaar die met asynchroon JavaScript werkt, met name in complexe server-side omgevingen.