JavaScript Async Context-variabler: En dybdeanalyse av forespørselssporing

Asynkron programmering er fundamental for moderne JavaScript-utvikling, spesielt i miljøer som Node.js. Det kan imidlertid være utfordrende å håndtere tilstand og kontekst på tvers av asynkrone operasjoner. Det er her Async Context-variabler (ACV) kommer inn i bildet. Denne artikkelen gir en omfattende guide til å forstå og implementere Async Context-variabler for robust forespørselssporing og forbedret diagnostikk.

Hva er Async Context-variabler?

Async Context-variabler, også kjent som AsyncLocalStorage i Node.js, gir en mekanisme for å lagre og få tilgang til data som er lokale for den nåværende asynkrone utførelseskonteksten. Tenk på det som trådlokal lagring (thread-local storage) i andre språk, men tilpasset den enkelttrådede, hendelsesdrevne naturen til JavaScript. Dette lar deg assosiere data med en asynkron operasjon og få tilgang til dem konsekvent gjennom hele livssyklusen til den operasjonen, uavhengig av hvor mange asynkrone kall som gjøres.

Tradisjonelle tilnærminger til forespørselssporing, som å sende data gjennom funksjonsargumenter, kan bli tungvinte og feilutsatte etter hvert som kompleksiteten i applikasjonen øker. Async Context-variabler tilbyr en renere og mer vedlikeholdbar løsning.

Hvorfor bruke Async Context-variabler for forespørselssporing?

Forespørselssporing er avgjørende av flere grunner:

• Feilsøking: Når en feil oppstår, må du forstå konteksten den skjedde i. Forespørsels-ID-er, bruker-ID-er og andre relevante data kan hjelpe med å finne kilden til problemet.
• Logging: Å berike loggmeldinger med forespørselsspesifikk informasjon gjør det lettere å spore utførelsesflyten til en forespørsel og identifisere ytelsesflaskehalser.
• Ytelsesovervåking: Sporing av forespørselens varighet og ressursbruk kan bidra til å identifisere trege endepunkter og optimalisere applikasjonens ytelse.
• Sikkerhetsrevisjon: Logging av brukerhandlinger og tilhørende data kan gi verdifull innsikt for sikkerhetsrevisjoner og samsvarsformål.

Async Context-variabler forenkler forespørselssporing ved å tilby et sentralt, lett tilgjengelig depot for forespørselsspesifikke data. Dette eliminerer behovet for å manuelt propagere kontekstdata gjennom flere funksjonskall og asynkrone operasjoner.

Implementering av Async Context-variabler i Node.js

Node.js tilbyr modulen async_hooks, som inkluderer klassen AsyncLocalStorage, for å håndtere asynkron kontekst. Her er et grunnleggende eksempel:

Eksempel: Grunnleggende forespørselssporing med AsyncLocalStorage

Først, importer de nødvendige modulene:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Opprett en instans av AsyncLocalStorage:

            const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

            

              
                Copy
              
            
          

Opprett en HTTP-server som bruker AsyncLocalStorage for å lagre og hente en forespørsels-ID:

            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 serveren:

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

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksempelet oppretter asyncLocalStorage.run() en ny asynkron kontekst. Innenfor denne konteksten setter vi requestId. Funksjonen setTimeout, som utføres asynkront, kan fortsatt få tilgang til requestId fordi den er innenfor samme asynkrone kontekst.

Forklaring

• AsyncLocalStorage: Tilbyr API-et for å håndtere asynkron kontekst.
• asyncLocalStorage.run(store, callback): Utfører callback-funksjonen innenfor en ny asynkron kontekst. store-argumentet er en startverdi for konteksten (f.eks. en Map eller et objekt).
• asyncLocalStorage.getStore(): Returnerer den nåværende asynkrone kontekstens lagringsområde (store).

Avanserte scenarier for forespørselssporing

Det grunnleggende eksempelet demonstrerer de fundamentale prinsippene. Her er mer avanserte scenarier:

Scenario 1: Integrasjon med en database

Du kan bruke Async Context-variabler for å automatisk inkludere forespørsels-ID-er i databaseforespørsler. Dette er spesielt nyttig for revisjon og feilsøking av databaseinteraksjoner.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

// Funksjon for å utføre en spørring med forespørsels-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 {
      // Eksempel: Sett inn data i en tabell
      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
              
            
          

I dette eksempelet henter executeQuery-funksjonen forespørsels-ID-en fra AsyncLocalStorage og inkluderer den som en kommentar i SQL-spørringen. Dette lar deg enkelt spore databaseforespørsler tilbake til spesifikke forespørsler.

Scenario 2: Distribuert sporing

For komplekse applikasjoner med flere mikrotjenester, kan du bruke Async Context-variabler til å propagere sporingsinformasjon over tjenestegrenser. Dette muliggjør ende-til-ende-sporing av forespørsler, noe som er essensielt for å identifisere ytelsesflaskehalser og feilsøke distribuerte systemer.

Dette innebærer vanligvis å generere en unik sporings-ID (trace ID) i begynnelsen av en forespørsel og propagere den til alle nedstrøms tjenester. Dette kan gjøres ved å inkludere sporings-ID-en i HTTP-headere.

            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')}`);

    // Gjør en forespørsel til en annen tjeneste
    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, // Propager sporings-ID i 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
              
            
          

Den mottakende tjenesten kan deretter hente ut sporings-ID-en fra HTTP-headeren og lagre den i sin egen AsyncLocalStorage. Dette skaper en kjede av sporings-ID-er som spenner over flere tjenester, og muliggjør ende-til-ende-sporing av forespørsler.

Scenario 3: Loggkorrelasjon

Konsekvent logging med forespørselsspesifikk informasjon gjør det mulig å korrelere logger på tvers av flere tjenester og komponenter. Dette gjør det lettere å diagnostisere problemer og spore flyten av forespørsler gjennom systemet. Biblioteker som Winston og Bunyan kan integreres for å automatisk inkludere AsyncLocalStorage-data i loggmeldinger.

Slik konfigurerer du Winston for automatisk loggkorrelasjon:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

// Konfigurer 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
              
            
          

Ved å konfigurere Winston-loggeren til å inkludere forespørsels-ID-en fra AsyncLocalStorage, vil alle loggmeldinger innenfor forespørselskonteksten automatisk bli merket med forespørsels-ID-en.

Beste praksis for bruk av Async Context-variabler

• Initialiser AsyncLocalStorage tidlig: Opprett og initialiser din AsyncLocalStorage-instans så tidlig som mulig i applikasjonens livssyklus. Dette sikrer at den er tilgjengelig i hele applikasjonen din.
• Bruk en konsekvent navnekonvensjon: Etabler en konsekvent navnekonvensjon for dine kontekstvariabler. Dette gjør det lettere å forstå og vedlikeholde koden din. For eksempel kan du prefikse alle kontekstvariabelnavn med acv_.
• Minimer kontekstdata: Lagre kun essensielle data i den asynkrone konteksten. Store kontekstobjekter kan påvirke ytelsen. Vurder å lagre referanser til andre objekter i stedet for objektene selv.
• Håndter feil forsiktig: Sørg for at feilhåndteringslogikken din rydder opp i den asynkrone konteksten på riktig måte. Ufangede unntak kan etterlate konteksten i en inkonsistent tilstand.
• Vurder ytelsesimplikasjoner: Selv om AsyncLocalStorage generelt har god ytelse, kan overdreven bruk eller store kontekstobjekter påvirke ytelsen. Mål ytelsen til applikasjonen din etter implementering av AsyncLocalStorage.
• Bruk med forsiktighet i biblioteker: Unngå å bruke AsyncLocalStorage i biblioteker som er ment for å bli brukt av andre, da det kan føre til uventet oppførsel og konflikter med forbrukerapplikasjonens egen bruk av AsyncLocalStorage.

Alternativer til Async Context-variabler

Selv om Async Context-variabler tilbyr en kraftig løsning for forespørselssporing, finnes det alternative tilnærminger:

• Manuell kontekstpropagering: Sende kontekstdata som funksjonsargumenter. Denne tilnærmingen er enkel for små applikasjoner, men blir tungvint og feilutsatt etter hvert som kompleksiteten øker.
• Middleware: Bruke middleware for å injisere kontekstdata i forespørselsobjekter. Denne tilnærmingen er vanlig i web-rammeverk som Express.js.
• Kontekstpropageringsbiblioteker: Biblioteker som tilbyr abstraksjoner på et høyere nivå for kontekstpropagering. Disse bibliotekene kan forenkle implementeringen av komplekse sporingsscenarier.

Valget av tilnærming avhenger av de spesifikke kravene til applikasjonen din. Async Context-variabler er spesielt godt egnet for komplekse asynkrone arbeidsflyter der manuell kontekstpropagering blir vanskelig å håndtere.

Konklusjon

Async Context-variabler gir en kraftig og elegant løsning for å håndtere tilstand og kontekst i asynkrone JavaScript-applikasjoner. Ved å bruke Async Context-variabler for forespørselssporing kan du betydelig forbedre feilsøkingsmulighetene, vedlikeholdbarheten og ytelsen til applikasjonene dine. Fra grunnleggende sporing av forespørsels-ID-er til avansert distribuert sporing og loggkorrelasjon, gir AsyncLocalStorage deg muligheten til å bygge mer robuste og observerbare systemer. Å forstå og implementere disse teknikkene er essensielt for enhver utvikler som jobber med asynkron JavaScript, spesielt i komplekse server-side-miljøer.