JavaScript Async Context: Håndtering av forespørselsskopierte variabler

Asynkron programmering er en hjørnestein i moderne JavaScript-utvikling, spesielt i miljøer som Node.js der ikke-blokkerende I/O er avgjørende for ytelse. Men det kan være utfordrende å håndtere kontekst på tvers av asynkrone operasjoner. Dette er der JavaScripts async context, spesielt AsyncLocalStorage, kommer inn i bildet.

Hva er Async Context?

Async context refererer til evnen til å knytte data til en asynkron operasjon som vedvarer gjennom hele livssyklusen. Dette er viktig for scenarier der du må opprettholde forespørselsskopiert informasjon (f.eks. bruker-ID, forespørsels-ID, sporingsinformasjon) på tvers av flere asynkrone kall. Uten riktig konteksthåndtering kan feilsøking, logging og sikkerhet bli betydelig vanskeligere.

Utfordringen med å opprettholde kontekst i asynkrone operasjoner

Tradisjonelle tilnærminger til å håndtere kontekst, som å eksplisitt sende variabler gjennom funksjonskall, kan bli tungvint og feilutsatt ettersom kompleksiteten i asynkron kode øker. Callback-helvete og promise-kjeder kan skjule kontekstens flyt, noe som fører til vedlikeholdsproblemer og potensielle sikkerhetssårbarheter. Tenk på dette forenklede eksemplet:

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

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

I dette eksemplet blir userId gjentatte ganger sendt ned gjennom nestede callbacks. Denne tilnærmingen er ikke bare omfattende, men kobler også funksjonene tett sammen, noe som gjør dem mindre gjenbrukbare og vanskeligere å teste.

Introduserer AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage er en innebygd modul i Node.js som gir en mekanisme for å lagre data som er lokale for en spesifikk asynkron kontekst. Den lar deg sette og hente verdier som automatisk forplantes over asynkrone grenser innenfor samme utførelseskontekst. Dette forenkler håndteringen av forespørselsskopierte variabler betydelig.

Hvordan AsyncLocalStorage fungerer

AsyncLocalStorage fungerer ved å opprette en lagringskontekst som er knyttet til den gjeldende asynkrone operasjonen. Når en ny asynkron operasjon initieres (f.eks. en promise, en callback), blir lagringskonteksten automatisk forplantet til den nye operasjonen. Dette sikrer at de samme dataene er tilgjengelige gjennom hele kjeden av asynkrone kall.

Grunnleggende bruk av AsyncLocalStorage

Her er et grunnleggende eksempel på hvordan du bruker AsyncLocalStorage:

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;
}

I dette eksemplet:

• Vi oppretter en instans av AsyncLocalStorage.
• I funksjonen processRequest bruker vi asyncLocalStorage.run for å utføre en funksjon innenfor konteksten av en ny lagringsinstans (en Map i dette tilfellet).
• Vi setter userId i lagringen ved hjelp av asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• Innenfor de asynkrone operasjonene (fetchData, transformData, logData) kan vi hente userId ved hjelp av asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

Bruksområder for AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage er spesielt nyttig i følgende scenarier:

1. Forespørselssporing

I distribuerte systemer er sporing av forespørsler på tvers av flere tjenester avgjørende for å overvåke ytelse og identifisere flaskehalser. AsyncLocalStorage kan brukes til å lagre en unik forespørsels-ID som formidles på tvers av tjenestegrenser. Dette lar deg korrelere logger og beregninger fra forskjellige tjenester, og gir en omfattende oversikt over forespørselens reise. For eksempel, vurder en mikroarkitektur der en brukerforespørsel går gjennom en API-gateway, en autentiseringstjeneste og en databehandlingstjeneste. Ved hjelp av AsyncLocalStorage kan en unik forespørsels-ID genereres ved API-gatewayen og automatisk formidles til alle påfølgende tjenester som er involvert i å håndtere forespørselen.

2. Loggingkontekst

Når du logger hendelser, er det ofte nyttig å inkludere kontekstuell informasjon som bruker-ID, forespørsels-ID eller sesjons-ID. AsyncLocalStorage kan brukes til automatisk å inkludere denne informasjonen i loggmeldinger, noe som gjør det lettere å feilsøke og analysere problemer. Tenk deg et scenario der du trenger å spore brukeraktivitet i applikasjonen din. Ved å lagre bruker-ID i AsyncLocalStorage, kan du automatisk inkludere den i alle loggmeldinger relatert til den brukerens sesjon, og gi verdifull innsikt i deres atferd og potensielle problemer de kan støte på.

3. Autentisering og autorisasjon

AsyncLocalStorage kan brukes til å lagre autentiserings- og autorisasjonsinformasjon, for eksempel brukerens roller og tillatelser. Dette lar deg håndheve policyer for tilgangskontroll i hele applikasjonen din uten å eksplisitt måtte sende brukerens legitimasjon til hver funksjon. Tenk deg en e-handelsapplikasjon der forskjellige brukere har forskjellige tilgangsnivåer (f.eks. administratorer, vanlige kunder). Ved å lagre brukerens roller i AsyncLocalStorage, kan du enkelt sjekke deres tillatelser før du lar dem utføre visse handlinger, og sikre at bare autoriserte brukere kan få tilgang til sensitive data eller funksjonalitet.

4. Databasetransaksjoner

Når du arbeider med databaser, er det ofte nødvendig å administrere transaksjoner på tvers av flere asynkrone operasjoner. AsyncLocalStorage kan brukes til å lagre databaseforbindelsen eller transaksjonsobjektet, og sikre at alle operasjoner innenfor samme forespørsel utføres innenfor samme transaksjon. Hvis en bruker for eksempel legger inn en bestilling, kan det hende du må oppdatere flere tabeller (f.eks. bestillinger, ordre_artikler, beholdning). Ved å lagre databasetransaksjonsobjektet i AsyncLocalStorage, kan du sikre at alle disse oppdateringene utføres innenfor en enkelt transaksjon, og garantere atomisitet og konsistens.

5. Multi-tenancy

I multi-tenant-applikasjoner er det viktig å isolere data og ressurser for hver leietaker. AsyncLocalStorage kan brukes til å lagre leietaker-ID-en, slik at du dynamisk kan dirigere forespørsler til det aktuelle datalageret eller ressursen basert på gjeldende leietaker. Tenk deg en SaaS-plattform der flere organisasjoner bruker samme applikasjonsinstans. Ved å lagre leietaker-ID-en i AsyncLocalStorage, kan du sikre at hver organisasjons data holdes atskilt, og at de bare har tilgang til sine egne ressurser.

Beste praksis for bruk av AsyncLocalStorage

Selv om AsyncLocalStorage er et kraftig verktøy, er det viktig å bruke det med omhu for å unngå potensielle ytelsesproblemer og opprettholde kodeklarhet. Her er noen beste praksiser å huske på:

1. Minimer datalagring

Lagre bare dataene som er absolutt nødvendige i AsyncLocalStorage. Lagring av store mengder data kan påvirke ytelsen, spesielt i miljøer med høy samtidighet. I stedet for å lagre hele brukerobjektet, kan du for eksempel vurdere å lagre bare bruker-ID-en og hente brukerobjektet fra en cache eller database når det trengs.

2. Unngå overdreven kontekstveksling

Hyppig kontekstveksling kan også påvirke ytelsen. Minimer antall ganger du setter og henter verdier fra AsyncLocalStorage. Mellomlagre ofte brukte verdier lokalt i funksjonen for å redusere overheaden ved å få tilgang til lagringskonteksten. Hvis du for eksempel trenger å få tilgang til bruker-ID-en flere ganger i en funksjon, må du hente den en gang fra AsyncLocalStorage og lagre den i en lokal variabel for senere bruk.

3. Bruk klare og konsistente navnekonvensjoner

Bruk klare og konsistente navnekonvensjoner for nøklene du lagrer i AsyncLocalStorage. Dette vil forbedre lesbarheten og vedlikeholdbarheten av koden. Bruk for eksempel et konsistent prefiks for alle nøkler relatert til en bestemt funksjon eller et domene, for eksempel request.id eller user.id.

4. Rydd opp etter bruk

Mens AsyncLocalStorage automatisk rydder opp i lagringskonteksten når den asynkrone operasjonen er fullført, er det god praksis å eksplisitt tømme lagringskonteksten når den ikke lenger er nødvendig. Dette kan bidra til å forhindre minnelekkasjer og forbedre ytelsen. Du kan oppnå dette ved å bruke exit-metoden for eksplisitt å tømme konteksten.

5. Vurder ytelsesimplikasjoner

Vær oppmerksom på ytelsesimplikasjonene ved å bruke AsyncLocalStorage, spesielt i miljøer med høy samtidighet. Benchmark koden din for å sikre at den oppfyller ytelseskravene dine. Profiler applikasjonen din for å identifisere potensielle flaskehalser relatert til konteksthåndtering. Vurder alternative tilnærminger, for eksempel eksplisitt kontekstoverføring, hvis AsyncLocalStorage introduserer uakseptabel ytelsesoverhead.

6. Bruk med forsiktighet i biblioteker

Unngå å bruke AsyncLocalStorage direkte i biblioteker som er ment for generell bruk. Biblioteker bør ikke anta noe om konteksten de brukes i. I stedet kan du tilby alternativer for brukere for å eksplisitt sende inn kontekstuell informasjon. Dette lar brukere kontrollere hvordan kontekst håndteres i applikasjonene sine og unngår potensielle konflikter eller uventet oppførsel.

Alternativer til AsyncLocalStorage

Selv om AsyncLocalStorage er et praktisk og kraftig verktøy, er det ikke alltid den beste løsningen for alle scenarier. Her er noen alternativer å vurdere:

1. Eksplisitt kontekstoverføring

Den enkleste tilnærmingen er å eksplisitt sende kontekstuell informasjon som argumenter til funksjoner. Denne tilnærmingen er grei og lett å forstå, men den kan bli tungvint ettersom kompleksiteten i koden øker. Eksplisitt kontekstoverføring er egnet for enkle scenarier der konteksten er relativt liten og koden ikke er dypt nestet. For mer komplekse scenarier kan det imidlertid føre til kode som er vanskelig å lese og vedlikeholde.

2. Kontekstobjekter

I stedet for å sende individuelle variabler, kan du opprette et kontekstobjekt som innkapsler all kontekstuell informasjon. Dette kan forenkle funksjonssignaturene og gjøre koden mer lesbar. Kontekstobjekter er et godt kompromiss mellom eksplisitt kontekstoverføring og AsyncLocalStorage. De gir en måte å gruppere relatert kontekstuell informasjon sammen, noe som gjør koden mer organisert og lettere å forstå. De krever imidlertid fortsatt eksplisitt overføring av kontekstobjektet til hver funksjon.

3. Async Hooks (for diagnostikk)

Node.js' async_hooks-modul gir en mer generell mekanisme for å spore asynkrone operasjoner. Selv om det er mer komplekst å bruke enn AsyncLocalStorage, tilbyr det større fleksibilitet og kontroll. async_hooks er primært ment for diagnostikk og feilsøkingsformål. Det lar deg spore livssyklusen til asynkrone operasjoner og samle informasjon om utførelsen deres. Det anbefales imidlertid ikke for generell konteksthåndtering på grunn av potensielle ytelsesutgifter.

4. Diagnosekontekst (OpenTelemetry)

OpenTelemetry tilbyr et standardisert API for å samle inn og eksportere telemetridata, inkludert spor, beregninger og logger. Funksjonene for diagnosekontekst tilbyr en avansert og robust løsning for å administrere kontekstformidling i distribuerte systemer. Integrering med OpenTelemetry gir en leverandørnøytral måte å sikre kontekstkonsistens på tvers av forskjellige tjenester og plattformer. Dette er spesielt nyttig i komplekse mikroarkitekturer der kontekst må formidles på tvers av tjenestegrenser.

Eksempler fra den virkelige verden

La oss utforske noen eksempler fra den virkelige verden på hvordan AsyncLocalStorage kan brukes i forskjellige scenarier.

1. E-handelsapplikasjon: Forespørselssporing

I en e-handelsapplikasjon kan du bruke AsyncLocalStorage til å spore brukerforespørsler på tvers av flere tjenester, for eksempel produktkatalogen, handlekurven og betalingsportalen. Dette lar deg overvåke ytelsen til hver tjeneste og identifisere flaskehalser som kan påvirke brukeropplevelsen.

// I API-gatewayen
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();
  });
});

// I produktkatalogtjenesten
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Logg forespørsels-ID-en sammen med andre detaljer
  logger.info(`[${requestId}] Henter produktdetaljer for produkt-ID: ${productId}`);
  // ... hent produktdetaljer
}

2. SaaS-plattform: Multi-tenancy

I en SaaS-plattform kan du bruke AsyncLocalStorage til å lagre leietaker-ID-en og dynamisk dirigere forespørsler til det aktuelle datalageret eller ressursen basert på gjeldende leietaker. Dette sikrer at hver leietakers data holdes atskilt, og at de bare har tilgang til sine egne ressurser.

// Mellomvare for å trekke ut leietaker-ID-en fra forespørselen
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Funksjon for å hente data for en bestemt leietaker
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Mikroarkitektur: Loggingkontekst

I en mikroarkitektur kan du bruke AsyncLocalStorage til å lagre bruker-ID-en og automatisk inkludere den i loggmeldinger fra forskjellige tjenester. Dette gjør det lettere å feilsøke og analysere problemer som kan påvirke en bestemt bruker.

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

// I databehandlingstjenesten
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[Bruker-ID: ${userId}] Behandler data: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... behandle data
}

Konklusjon

AsyncLocalStorage er et verdifullt verktøy for å håndtere forespørselsskopierte variabler i asynkrone JavaScript-miljøer. Det forenkler håndteringen av kontekst på tvers av asynkrone operasjoner, noe som gjør koden mer lesbar, vedlikeholdbar og sikker. Ved å forstå bruksområdene, beste praksiser og alternativer, kan du effektivt bruke AsyncLocalStorage til å bygge robuste og skalerbare applikasjoner. Det er imidlertid avgjørende å nøye vurdere ytelsesimplikasjonene og bruke det med omhu for å unngå potensielle problemer. Omfavn AsyncLocalStorage gjennomtenkt for å forbedre dine asynkrone JavaScript-utviklingspraksiser.

Ved å inkludere klare eksempler, praktiske råd og en omfattende oversikt, har denne veiledningen som mål å utstyre utviklere over hele verden med kunnskapen om effektivt å administrere async context ved hjelp av AsyncLocalStorage i sine JavaScript-applikasjoner. Husk å vurdere ytelsesimplikasjonene og alternativer for å sikre den beste løsningen for dine spesifikke behov.