JavaScript Asynkron Kontekst Variabelarv: Mestring av Kontekstpropageringskjeden

Asynkron programmering er en hjørnestein i moderne JavaScript-utvikling, spesielt i Node.js og nettlesermiljøer. Selv om det gir betydelige ytelsesfordeler, introduserer det også kompleksiteter, spesielt når man håndterer kontekst over asynkrone operasjoner. Å sikre at variabler og relevant data er tilgjengelige gjennom hele utførelseskjeden er avgjørende for oppgaver som logging, autentisering, sporing og forespørselshåndtering. Det er her forståelse og implementering av korrekt arv av asynkron kontekstvariabel blir essensielt.

Forstå utfordringene med asynkron kontekst

I synkron JavaScript er tilgang til variabler enkelt. Variabler deklarert i et overordnet skop er lett tilgjengelige i underordnede skop. Asynkrone operasjoner forstyrrer imidlertid denne enkle modellen. Callbacks, promises og async/await introduserer punkter der utførelseskonteksten kan endre seg, og potensielt miste tilgangen til viktig data. Vurder følgende eksempel:

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

  setTimeout(() => {
    // Problem: Hvordan får vi tilgang til userId her?
    console.log(`Processing request for user: ${userId}`); // userId kan være udefinert!
    res.send('Request processed');
  }, 1000);
}

            

              
                Copy
              
            
          

I dette forenklede scenarioet er det ikke sikkert at `userId` hentet fra forespørselens headere er pålitelig tilgjengelig inne i `setTimeout`-callbacken. Dette er fordi callbacken utføres i en annen iterasjon av hendelsesløkken, og kan potensielt miste den opprinnelige konteksten.

Introduksjon til AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage, introdusert i Node.js 14, gir en mekanisme for å lagre og hente data som vedvarer over asynkrone operasjoner. Det fungerer som trådlokal lagring i andre språk, men er spesifikt designet for JavaScripts hendelsesdrevne, ikke-blokkerende miljø.

Hvordan AsyncLocalStorage fungerer

AsyncLocalStorage lar deg opprette en lagringsinstans som beholder dataene sine gjennom hele levetiden til en asynkron utførelseskontekst. Denne konteksten propageres automatisk over `await`-kall, promises og andre asynkrone grenser, og sikrer at den lagrede dataen forblir tilgjengelig.

Grunnleggende bruk av 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
              
            
          

I dette reviderte eksempelet oppretter `AsyncLocalStorage.run()` en ny utførelseskontekst med et innledende lager (i dette tilfellet, en `Map`). `userId` lagres deretter i denne konteksten ved hjelp av `asyncLocalStorage.getStore().set()`. Inne i `setTimeout`-callbacken henter `asyncLocalStorage.getStore().get()` `userId` fra konteksten, og sikrer at den er tilgjengelig selv etter den asynkrone forsinkelsen.

Nøkkelkonsepter: Store og Run

• Store: 'Store' er en beholder for dine kontekstdata. Det kan være et hvilket som helst JavaScript-objekt, men det er vanlig å bruke en `Map` eller et enkelt objekt. Dette lageret er unikt for hver asynkron utførelseskontekst.
• Run: `run()`-metoden utfører en funksjon innenfor konteksten til AsyncLocalStorage-instansen. Den aksepterer et lager og en callback-funksjon. Alt innenfor den callbacken (og eventuelle asynkrone operasjoner den utløser) vil ha tilgang til det lageret.

AsyncResource: Bygger bro til native asynkrone operasjoner

Selv om AsyncLocalStorage gir en kraftig mekanisme for kontekstpropagering i JavaScript-kode, utvides den ikke automatisk til native asynkrone operasjoner som filsystemtilgang eller nettverksforespørsler. AsyncResource bygger bro over dette gapet ved å la deg eksplisitt assosiere disse operasjonene med den nåværende AsyncLocalStorage-konteksten.

Forstå AsyncResource

AsyncResource lar deg lage en representasjon av en asynkron operasjon som kan spores av AsyncLocalStorage. Dette sikrer at AsyncLocalStorage-konteksten propageres korrekt til callbacks eller promises assosiert med den native asynkrone operasjonen.

Bruk av AsyncResource

            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
              
            
          

I dette eksempelet brukes `AsyncResource` til å pakke inn `fs.readFile`-operasjonen. `resource.runInAsyncScope()` sikrer at callback-funksjonen for `fs.readFile` utføres innenfor konteksten til AsyncLocalStorage, slik at `userId` blir tilgjengelig. `resource.emitDestroy()`-kallet er avgjørende for å frigjøre ressurser og forhindre minnelekkasjer etter at den asynkrone operasjonen er fullført. Merk: Unnlatelse av å kalle `emitDestroy()` kan føre til ressurslekkasjer og applikasjonsustabilitet.

Nøkkelkonsepter: Ressursstyring

• Oppretting av ressurs: Opprett en `AsyncResource`-instans før du starter den asynkrone operasjonen. Konstruktøren tar et navn (brukes til feilsøking) og en valgfri `triggerAsyncId`.
• Kontekstpropagering: Bruk `runInAsyncScope()` til å utføre callback-funksjonen innenfor AsyncLocalStorage-konteksten.
• Ressursdestruksjon: Kall `emitDestroy()` når den asynkrone operasjonen er fullført for å frigjøre ressurser.

Bygge en kontekstpropageringskjede

Den sanne kraften til AsyncLocalStorage og AsyncResource ligger i deres evne til å skape en kontekstpropageringskjede som spenner over flere asynkrone operasjoner og funksjonskall. Dette lar deg opprettholde en konsistent og pålitelig kontekst gjennom hele applikasjonen din.

Eksempel: En asynkron flyt med flere lag

            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
              
            
          

I dette eksempelet starter `processRequest` flyten. Den bruker `AsyncLocalStorage.run()` for å etablere den innledende konteksten med `userId`. `fetchData` leser data fra en fil asynkront ved hjelp av `AsyncResource`. `processData` får deretter tilgang til `userId` fra AsyncLocalStorage for å behandle dataene. Til slutt sender `sendResponse` de behandlede dataene tilbake til klienten. Nøkkelen er at `userId` er tilgjengelig gjennom hele denne asynkrone kjeden på grunn av kontekstpropageringen levert av AsyncLocalStorage.

Fordeler med en kontekstpropageringskjede

• Forenklet logging: Få tilgang til forespørsel-spesifikk informasjon (f.eks. bruker-ID, forespørsel-ID) i logikkoden din uten å eksplisitt sende den ned gjennom flere funksjonskall. Dette gjør feilsøking og revisjon enklere.
• Sentralisert konfigurasjon: Lagre konfigurasjonsinnstillinger som er relevante for en bestemt forespørsel eller operasjon i AsyncLocalStorage-konteksten. Dette lar deg dynamisk justere applikasjonens oppførsel basert på konteksten.
• Forbedret observerbarhet: Integrer med sporingssystemer for å spore utførelsesflyten av asynkrone operasjoner og identifisere ytelsesflaskehalser.
• Forbedret sikkerhet: Håndter sikkerhetsrelatert informasjon (f.eks. autentiseringstokener, autorisasjonsroller) innenfor konteksten, og sikre konsistent og sikker tilgangskontroll.

Beste praksis for bruk av AsyncLocalStorage og AsyncResource

Selv om AsyncLocalStorage og AsyncResource er kraftige verktøy, bør de brukes med omhu for å unngå ytelsesoverhead og potensielle fallgruver.

Minimer størrelsen på 'store'

Lagre kun data som er helt nødvendig for den asynkrone konteksten. Unngå å lagre store objekter eller unødvendig data, da dette kan påvirke ytelsen. Vurder å bruke lette datastrukturer som Maps eller vanlige JavaScript-objekter.

Unngå overdreven kontekstbytte

Hyppige kall til `AsyncLocalStorage.run()` kan introdusere ytelsesoverhead. Grupper relaterte asynkrone operasjoner innenfor en enkelt kontekst når det er mulig. Unngå å nøste AsyncLocalStorage-kontekster unødvendig.

Håndter feil elegant

Sørg for at feil innenfor AsyncLocalStorage-konteksten håndteres korrekt. Bruk try-catch-blokker eller feilhåndteringsmellomvare for å forhindre at uhåndterte unntak forstyrrer kontekstpropageringskjeden. Vurder å logge feil med kontekstspesifikk informasjon hentet fra AsyncLocalStorage-lageret for enklere feilsøking.

Bruk AsyncResource ansvarlig

Kall alltid `resource.emitDestroy()` etter at den asynkrone operasjonen er fullført for å frigjøre ressurser. Unnlatelse av å gjøre dette kan føre til minnelekkasjer og applikasjonsustabilitet. Bruk AsyncResource kun når det er nødvendig for å bygge bro mellom JavaScript-kode og native asynkrone operasjoner. For rent JavaScript-asynkrone operasjoner er AsyncLocalStorage alene ofte tilstrekkelig.

Vurder ytelsesimplikasjoner

AsyncLocalStorage og AsyncResource introduserer noe ytelsesoverhead. Selv om det generelt er akseptabelt for de fleste applikasjoner, er det viktig å være klar over den potensielle innvirkningen, spesielt i ytelseskritiske scenarier. Profiler koden din og mål ytelseseffekten av å bruke AsyncLocalStorage og AsyncResource for å sikre at den oppfyller applikasjonens krav.

Eksempel: Implementere en egendefinert logger med 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); // Generer en unik forespørsels-ID

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    logger.log('Forespørsel mottatt');
    next(); // Send kontrollen videre til neste mellomvare
  });
}

// Eksempel på bruk (i en Express.js-applikasjon)
// app.use(processRequest);
// app.get('/data', (req, res) => {
//   logger.log('Henter data...');
//   res.send('Data hentet vellykket');
// });

// Ved feil:
// try {
//   // en kode som kan kaste en feil
// } catch (error) {
//   logger.error(`En feil oppstod: ${error.message}`);
//   // ...
// }

            

              
                Copy
              
            
          

Dette eksempelet demonstrerer hvordan AsyncLocalStorage kan brukes til å implementere en egendefinert logger som automatisk inkluderer forespørsels-ID-en i hver loggmelding. Dette eliminerer behovet for å eksplisitt sende forespørsels-ID-en til loggfunksjonene, noe som gjør koden renere og enklere å vedlikeholde.

Alternativer til AsyncLocalStorage

Selv om AsyncLocalStorage gir en robust løsning for kontekstpropagering, finnes det andre tilnærminger. Avhengig av de spesifikke behovene til applikasjonen din, kan disse alternativene være mer passende.

Eksplisitt kontekstoverføring

Den enkleste tilnærmingen er å eksplisitt sende kontekstdata som argumenter til funksjonskall. Selv om dette er enkelt, kan det bli tungvint og feilutsatt, spesielt i komplekse asynkrone flyter. Det kobler også funksjoner tett til kontekstdataene, noe som gjør koden mindre modulær og gjenbrukbar.

cls-hooked (fellesskapsmodul)

`cls-hooked` er en populær fellesskapsmodul som gir lignende funksjonalitet som AsyncLocalStorage, men er avhengig av monkey-patching av Node.js API-et. Selv om det kan være enklere å bruke i noen tilfeller, anbefales det generelt å bruke den native AsyncLocalStorage når det er mulig, da den er mer ytelseseffektiv og mindre sannsynlig å introdusere kompatibilitetsproblemer.

Biblioteker for kontekstpropagering

Flere biblioteker tilbyr abstraksjoner på høyere nivå for kontekstpropagering. Disse bibliotekene tilbyr ofte funksjoner som automatisk sporing, loggintegrasjon og støtte for forskjellige konteksttyper. Eksempler inkluderer biblioteker designet for spesifikke rammeverk eller observerbarhetsplattformer.

Konklusjon

JavaScript AsyncLocalStorage og AsyncResource gir kraftige mekanismer for å håndtere kontekst over asynkrone operasjoner. Ved å forstå konseptene med 'stores', 'runs' og ressursstyring kan du bygge robuste, vedlikeholdbare og observerbare asynkrone applikasjoner. Selv om det finnes alternativer, tilbyr AsyncLocalStorage en nativ og ytelseseffektiv løsning for de fleste bruksområder. Ved å følge beste praksis og nøye vurdere ytelsesimplikasjonene, kan du utnytte AsyncLocalStorage til å forenkle koden din og forbedre den generelle kvaliteten på dine asynkrone applikasjoner. Dette resulterer i kode som ikke bare er lettere å feilsøke, men også sikrere, mer pålitelig og skalerbar i dagens komplekse asynkrone miljøer. Ikke glem det avgjørende trinnet med `resource.emitDestroy()` når du bruker `AsyncResource` for å forhindre potensielle minnelekkasjer. Omfavn disse verktøyene for å mestre kompleksiteten i asynkron kontekst og bygge virkelig eksepsjonelle JavaScript-applikasjoner.