JavaScript Async Context: Request-Scoped Variabelen Beheren

Asynchroon programmeren is een hoeksteen van moderne JavaScript-ontwikkeling, vooral in omgevingen zoals Node.js, waar non-blocking I/O cruciaal is voor de prestaties. Het beheren van context over asynchrone bewerkingen kan echter een uitdaging zijn. Hier komt JavaScript's async context, met name AsyncLocalStorage, om de hoek kijken.

Wat is Async Context?

Async context verwijst naar de mogelijkheid om gegevens te associëren met een asynchrone bewerking die persistent is gedurende de levenscyclus. Dit is essentieel voor scenario's waarin u request-scoped informatie (bijv. gebruikers-ID, request-ID, traceringsinformatie) moet behouden over meerdere asynchrone aanroepen. Zonder goed contextbeheer kunnen debugging, logging en beveiliging aanzienlijk moeilijker worden.

De uitdaging van het behouden van context in asynchrone bewerkingen

Traditionele benaderingen voor het beheren van context, zoals het expliciet doorgeven van variabelen via functieaanroepen, kunnen omslachtig en foutgevoelig worden naarmate de complexiteit van asynchrone code toeneemt. Callback hell en promise chains kunnen de stroom van context verdoezelen, wat leidt tot onderhoudsproblemen en potentiële beveiligingslekken. Bekijk dit vereenvoudigde voorbeeld:


function processRequest(req, res) {
  const userId = req.userId;

  fetchData(userId, (data) => {
    transformData(userId, data, (transformedData) => {
      logData(userId, transformedData, () => {
        res.send(transformedData);
      });
    });
  });
}

In dit voorbeeld wordt de userId herhaaldelijk doorgegeven via geneste callbacks. Deze aanpak is niet alleen omslachtig, maar koppelt de functies ook strak aan elkaar, waardoor ze minder herbruikbaar en moeilijker te testen zijn.

Introductie van AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage is een ingebouwde module in Node.js die een mechanisme biedt voor het opslaan van gegevens die lokaal zijn voor een specifieke asynchrone context. Hiermee kunt u waarden instellen en ophalen die automatisch worden doorgegeven over asynchrone grenzen binnen dezelfde uitvoeringcontext. Dit vereenvoudigt aanzienlijk het beheer van request-scoped variabelen.

Hoe AsyncLocalStorage Werkt

AsyncLocalStorage werkt door een opslagcontext te creëren die is geassocieerd met de huidige asynchrone bewerking. Wanneer een nieuwe asynchrone bewerking wordt gestart (bijv. een promise, een callback), wordt de opslagcontext automatisch doorgegeven aan de nieuwe bewerking. Dit zorgt ervoor dat dezelfde gegevens toegankelijk zijn gedurende de hele keten van asynchrone aanroepen.

Basisgebruik van AsyncLocalStorage

Hier is een basisvoorbeeld van hoe u AsyncLocalStorage kunt gebruiken:


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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const userId = req.userId;

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

    fetchData().then(data => {
      return transformData(data);
    }).then(transformedData => {
      return logData(transformedData);
    }).then(() => {
      res.send(transformedData);
    });
  });
}

async function fetchData() {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... fetch data using userId
  return data;
}

async function transformData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... transform data using userId
  return transformedData;
}

async function logData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... log data using userId
  return;
}

In dit voorbeeld:

We creëren een instantie van AsyncLocalStorage.
In de functie processRequest gebruiken we asyncLocalStorage.run om een functie uit te voeren binnen de context van een nieuw opslaginstantie (in dit geval een Map).
We stellen de userId in de opslag in met behulp van asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
Binnen de asynchrone bewerkingen (fetchData, transformData, logData) kunnen we de userId ophalen met behulp van asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

Gebruiksscenario's voor AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage is met name handig in de volgende scenario's:

1. Request Tracing

In gedistribueerde systemen is het traceren van verzoeken over meerdere services cruciaal voor het bewaken van de prestaties en het identificeren van knelpunten. AsyncLocalStorage kan worden gebruikt om een unieke request-ID op te slaan die over servicegrenzen wordt doorgegeven. Hierdoor kunt u logboeken en metrische gegevens van verschillende services correleren, wat een uitgebreid beeld geeft van de reis van het verzoek. Beschouw bijvoorbeeld een microservice-architectuur waarbij een gebruikersverzoek via een API-gateway, een authenticatieservice en een gegevensverwerkingsservice gaat. Met behulp van AsyncLocalStorage kan een unieke request-ID worden gegenereerd bij de API-gateway en automatisch worden doorgegeven aan alle volgende services die betrokken zijn bij het afhandelen van het verzoek.

2. Logging Context

Bij het loggen van gebeurtenissen is het vaak handig om contextuele informatie op te nemen, zoals de gebruikers-ID, request-ID of sessie-ID. AsyncLocalStorage kan worden gebruikt om deze informatie automatisch in logberichten op te nemen, waardoor het gemakkelijker wordt om problemen te debuggen en te analyseren. Stel u een scenario voor waarin u de gebruikersactiviteit binnen uw applicatie moet volgen. Door de gebruikers-ID op te slaan in AsyncLocalStorage, kunt u deze automatisch opnemen in alle logberichten die betrekking hebben op de sessie van die gebruiker, waardoor waardevolle inzichten worden verkregen in hun gedrag en potentiële problemen waarmee ze te maken kunnen krijgen.

3. Authenticatie en Autorisatie

AsyncLocalStorage kan worden gebruikt om authenticatie- en autorisatie-informatie op te slaan, zoals de rollen en machtigingen van de gebruiker. Hierdoor kunt u toegangscontrolebeleid in uw hele applicatie afdwingen zonder de inloggegevens van de gebruiker expliciet aan elke functie te hoeven doorgeven. Stel u een e-commerce applicatie voor waarin verschillende gebruikers verschillende toegangsniveaus hebben (bijv. beheerders, gewone klanten). Door de rollen van de gebruiker op te slaan in AsyncLocalStorage, kunt u eenvoudig hun machtigingen controleren voordat u hen toestaat bepaalde acties uit te voeren, zodat alleen geautoriseerde gebruikers toegang hebben tot gevoelige gegevens of functionaliteit.

4. Databasetransacties

Bij het werken met databases is het vaak nodig om transacties over meerdere asynchrone bewerkingen te beheren. AsyncLocalStorage kan worden gebruikt om de databaseverbinding of het transactieobject op te slaan, waardoor wordt gegarandeerd dat alle bewerkingen binnen hetzelfde verzoek binnen dezelfde transactie worden uitgevoerd. Als een gebruiker bijvoorbeeld een bestelling plaatst, moet u mogelijk meerdere tabellen bijwerken (bijv. bestellingen, order_items, inventaris). Door het databasetransactieobject op te slaan in AsyncLocalStorage, kunt u ervoor zorgen dat al deze updates binnen een enkele transactie worden uitgevoerd, waardoor atomiciteit en consistentie worden gegarandeerd.

5. Multi-Tenancy

In multi-tenant applicaties is het essentieel om gegevens en resources voor elke tenant te isoleren. AsyncLocalStorage kan worden gebruikt om de tenant-ID op te slaan, waardoor u verzoeken dynamisch kunt routeren naar de juiste gegevensopslag of resource op basis van de huidige tenant. Stel u een SaaS-platform voor waar meerdere organisaties dezelfde applicatie-instantie gebruiken. Door de tenant-ID op te slaan in AsyncLocalStorage, kunt u ervoor zorgen dat de gegevens van elke organisatie gescheiden worden gehouden en dat ze alleen toegang hebben tot hun eigen resources.

Best Practices voor het gebruik van AsyncLocalStorage

Hoewel AsyncLocalStorage een krachtige tool is, is het belangrijk om deze oordeelkundig te gebruiken om potentiële prestatieproblemen te voorkomen en de code overzichtelijk te houden. Hier zijn enkele best practices om in gedachten te houden:

1. Minimaliseer Gegevensopslag

Sla alleen de gegevens op die absoluut noodzakelijk zijn in AsyncLocalStorage. Het opslaan van grote hoeveelheden gegevens kan de prestaties beïnvloeden, vooral in omgevingen met hoge gelijktijdigheid. Overweeg bijvoorbeeld om in plaats van het hele gebruikersobject alleen de gebruikers-ID op te slaan en het gebruikersobject op te halen uit een cache of database wanneer dat nodig is.

2. Vermijd Overmatige Contextwisseling

Frequente contextwisseling kan ook de prestaties beïnvloeden. Minimaliseer het aantal keren dat u waarden instelt en ophaalt uit AsyncLocalStorage. Cache veelgebruikte waarden lokaal binnen de functie om de overhead van toegang tot de opslagcontext te verminderen. Als u bijvoorbeeld meerdere keren toegang nodig heeft tot de gebruikers-ID binnen een functie, haal deze dan eenmalig op uit AsyncLocalStorage en sla deze op in een lokale variabele voor later gebruik.

3. Gebruik Duidelijke en Consistente Naamgevingsconventies

Gebruik duidelijke en consistente naamgevingsconventies voor de sleutels die u in AsyncLocalStorage opslaat. Dit zal de leesbaarheid en onderhoudbaarheid van de code verbeteren. Gebruik bijvoorbeeld een consistent voorvoegsel voor alle sleutels die betrekking hebben op een specifieke functie of domein, zoals request.id of user.id.

4. Opschonen na Gebruik

Hoewel AsyncLocalStorage de opslagcontext automatisch opschoont wanneer de asynchrone bewerking is voltooid, is het een goede gewoonte om de opslagcontext expliciet te wissen wanneer deze niet langer nodig is. Dit kan geheugenlekkages helpen voorkomen en de prestaties verbeteren. U kunt dit bereiken door de exit methode te gebruiken om de context expliciet te wissen.

5. Overweeg Prestatieimplicaties

Wees je bewust van de prestatie-implicaties van het gebruik van AsyncLocalStorage, vooral in omgevingen met hoge gelijktijdigheid. Test uw code om ervoor te zorgen dat deze aan uw prestatie-eisen voldoet. Profiel uw applicatie om potentiële knelpunten te identificeren die verband houden met contextbeheer. Overweeg alternatieve benaderingen, zoals expliciete contextdoorgifte, als AsyncLocalStorage onaanvaardbare prestatie-overhead introduceert.

6. Gebruik met Voorzichtigheid in Bibliotheken

Vermijd het direct gebruiken van AsyncLocalStorage in bibliotheken die bedoeld zijn voor algemeen gebruik. Bibliotheken mogen geen aannames doen over de context waarin ze worden gebruikt. Bied in plaats daarvan opties voor gebruikers om contextuele informatie expliciet door te geven. Hierdoor kunnen gebruikers bepalen hoe de context in hun applicaties wordt beheerd en worden potentiële conflicten of onverwacht gedrag voorkomen.

Alternatieven voor AsyncLocalStorage

Hoewel AsyncLocalStorage een handige en krachtige tool is, is het niet altijd de beste oplossing voor elk scenario. Hier zijn enkele alternatieven om te overwegen:

1. Expliciete Contextdoorgifte

De eenvoudigste benadering is om contextuele informatie expliciet door te geven als argumenten aan functies. Deze aanpak is eenvoudig en gemakkelijk te begrijpen, maar kan omslachtig worden naarmate de complexiteit van de code toeneemt. Expliciete contextdoorgifte is geschikt voor eenvoudige scenario's waarin de context relatief klein is en de code niet diep genest is. Voor complexere scenario's kan dit echter leiden tot code die moeilijk te lezen en te onderhouden is.

2. Contextobjecten

In plaats van afzonderlijke variabelen door te geven, kunt u een contextobject maken dat alle contextuele informatie inkapselt. Dit kan de functiesignaturen vereenvoudigen en de code leesbaarder maken. Contextobjecten zijn een goed compromis tussen expliciete contextdoorgifte en AsyncLocalStorage. Ze bieden een manier om gerelateerde contextuele informatie te groeperen, waardoor de code overzichtelijker en gemakkelijker te begrijpen wordt. Ze vereisen echter nog steeds expliciete doorgifte van het contextobject aan elke functie.

3. Async Hooks (voor Diagnostiek)

Node.js's async_hooks module biedt een algemener mechanisme voor het volgen van asynchrone bewerkingen. Hoewel het complexer is om te gebruiken dan AsyncLocalStorage, biedt het meer flexibiliteit en controle. async_hooks is primair bedoeld voor diagnostische en debuggingdoeleinden. Hiermee kunt u de levenscyclus van asynchrone bewerkingen volgen en informatie verzamelen over hun uitvoering. Het wordt echter niet aanbevolen voor algemeen contextbeheer vanwege de potentiële prestatie-overhead.

4. Diagnostic Context (OpenTelemetry)

OpenTelemetry biedt een gestandaardiseerde API voor het verzamelen en exporteren van telemetriegegevens, waaronder traces, metrics en logs. De diagnostische contextfuncties bieden een geavanceerde en robuuste oplossing voor het beheren van contextpropagatie in gedistribueerde systemen. Integratie met OpenTelemetry biedt een leveranciersonafhankelijke manier om contextconsistentie in verschillende services en platforms te garanderen. Dit is met name handig in complexe microservice-architecturen waar context over servicegrenzen moet worden doorgegeven.

Voorbeelden uit de praktijk

Laten we enkele voorbeelden uit de praktijk bekijken van hoe AsyncLocalStorage in verschillende scenario's kan worden gebruikt.

1. E-commerce Applicatie: Request Tracing

In een e-commerce applicatie kunt u AsyncLocalStorage gebruiken om gebruikersverzoeken te volgen over meerdere services, zoals de productcatalogus, winkelwagen en betalingsgateway. Hiermee kunt u de prestaties van elke service bewaken en knelpunten identificeren die de gebruikerservaring kunnen beïnvloeden.


// In de API gateway
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    res.setHeader('X-Request-Id', requestId);
    next();
  });
});

// In de product catalogus service
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Log de request ID samen met andere details
  logger.info(`[${requestId}] Productdetails ophalen voor product ID: ${productId}`);
  // ... haal productdetails op
}

2. SaaS-platform: Multi-Tenancy

In een SaaS-platform kunt u AsyncLocalStorage gebruiken om de tenant-ID op te slaan en verzoeken dynamisch te routeren naar de juiste gegevensopslag of resource op basis van de huidige tenant. Dit zorgt ervoor dat de gegevens van elke tenant gescheiden worden gehouden en dat ze alleen toegang hebben tot hun eigen resources.


// Middleware om tenant ID uit het verzoek te extraheren
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Functie om gegevens op te halen voor een specifieke tenant
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Microservices Architectuur: Logging Context

In een microservices-architectuur kunt u AsyncLocalStorage gebruiken om de gebruikers-ID op te slaan en deze automatisch op te nemen in logberichten van verschillende services. Dit maakt het gemakkelijker om problemen te debuggen en te analyseren die van invloed kunnen zijn op een specifieke gebruiker.


// In de authenticatieservice
app.use((req, res, next) => {
  const userId = req.user.id;
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    next();
  });
});

// In de gegevensverwerkingsservice
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[Gebruikers-ID: ${userId}] Gegevens verwerken: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... verwerk gegevens
}

Conclusie

AsyncLocalStorage is een waardevolle tool voor het beheren van request-scoped variabelen in asynchrone JavaScript-omgevingen. Het vereenvoudigt het beheer van context over asynchrone bewerkingen, waardoor code leesbaarder, onderhoudbaarder en veiliger wordt. Door de use cases, best practices en alternatieven te begrijpen, kunt u AsyncLocalStorage effectief gebruiken om robuuste en schaalbare applicaties te bouwen. Het is echter cruciaal om de prestatie-implicaties zorgvuldig te overwegen en deze oordeelkundig te gebruiken om potentiële problemen te voorkomen. Omarm AsyncLocalStorage doordacht om uw asynchrone JavaScript-ontwikkelingspraktijken te verbeteren.

Door duidelijke voorbeelden, praktische adviezen en een uitgebreid overzicht te integreren, wil deze gids ontwikkelaars wereldwijd uitrusten met de kennis om async context effectief te beheren met behulp van AsyncLocalStorage in hun JavaScript-applicaties. Vergeet niet om de prestatie-implicaties en alternatieven te overwegen om de beste oplossing voor uw specifieke behoeften te garanderen.