JavaScript Async Context: Forespørselsbegrensede variabler for globale applikasjoner

I det stadig utviklende landskapet innen webutvikling krever det å bygge robuste og skalerbare applikasjoner, spesielt de som henvender seg til et globalt publikum, en dyp forståelse av asynkron programmering og konteksthåndtering. Dette blogginnlegget dykker ned i den fascinerende verdenen av JavaScript Async Context, en kraftig teknikk for å håndtere forespørselsbegrensede variabler og betydelig forbedre ytelsen, vedlikeholdbarheten og feilsøkingsmulighetene til applikasjonene dine, spesielt i sammenheng med mikrotjenester og distribuerte systemer.

Forstå utfordringen: Asynkrone operasjoner og konteksttap

Moderne webapplikasjoner er bygget på asynkrone operasjoner. Fra håndtering av brukerforespørsler til interaksjon med databaser, kall til APIer og utførelse av bakgrunnsoppgaver, er den asynkrone naturen til JavaScript grunnleggende. Denne asynkroniteten introduserer imidlertid en betydelig utfordring: konteksttap. Når en forespørsel behandles, må data relatert til den forespørselen (f.eks. bruker-ID, sesjonsinformasjon, korrelasjons-IDer for sporing) være tilgjengelig gjennom hele behandlingslivssyklusen, selv på tvers av flere asynkrone funksjonskall.

Tenk deg et scenario der en bruker fra for eksempel Tokyo (Japan) sender inn en forespørsel til en global e-handelsplattform. Forespørselen utløser en rekke operasjoner: autentisering, autorisasjon, datahenting fra databasen (som kanskje ligger i Irland), ordrebehandling og til slutt sending av en bekreftelses-e-post. Uten riktig konteksthåndtering vil viktig informasjon som brukerens lokalisering (for valuta- og språkformatering), forespørselens opprinnelige IP-adresse (for sikkerhet) og en unik identifikator for å spore forespørselen på tvers av alle disse tjenestene gå tapt etter hvert som de asynkrone operasjonene utspiller seg.

Tradisjonelt har utviklere stolt på løsninger som å sende kontekstvariabler manuelt gjennom funksjonsparametere eller bruke globale variabler. Disse tilnærmingene er imidlertid ofte tungvinte, utsatt for feil og kan føre til kode som er vanskelig å lese og vedlikeholde. Manuell kontekstoverføring kan raskt bli uhåndterlig etter hvert som antallet asynkrone operasjoner og nestede funksjonskall øker. Globale variabler kan derimot introdusere utilsiktede bivirkninger og gjøre det utfordrende å resonnere om applikasjonens tilstand, spesielt i miljøer med flere tråder eller med mikrotjenester.

Introduserer Async Context: En kraftig løsning

JavaScript Async Context gir en renere og mer elegant løsning på problemet med kontekstformidling. Det lar deg assosiere data (kontekst) med en asynkron operasjon og sikrer at disse dataene automatisk er tilgjengelige gjennom hele utførelseskjeden, uavhengig av antall asynkrone kall eller nestingsnivå. Denne konteksten er forespørselsbegrenset, noe som betyr at konteksten som er knyttet til én forespørsel, er isolert fra andre forespørsler, noe som sikrer dataintegritet og forhindrer krysskontaminering.

Viktige fordeler ved å bruke Async Context:

• Forbedret lesbarhet av kode: Reduserer behovet for manuell kontekstoverføring, noe som resulterer i renere og mer konsis kode.
• Forbedret vedlikeholdbarhet: Gjør det lettere å spore og administrere kontekstdata, noe som forenkler feilsøking og vedlikehold.
• Forenklet feilhåndtering: Gir mulighet for sentralisert feilhåndtering ved å gi tilgang til kontekstinformasjon under feilrapportering.
• Forbedret ytelse: Optimaliserer ressursutnyttelsen ved å sikre at de riktige kontekstdataene er tilgjengelige når det trengs.
• Forbedret sikkerhet: Forenkler sikre operasjoner ved enkelt å spore sensitiv informasjon, for eksempel bruker-IDer og autentiseringstokener, på tvers av alle asynkrone kall.

Implementere Async Context i Node.js (og utover)

Selv om selve JavaScript-språket ikke har en innebygd Async Context-funksjon, har flere biblioteker og teknikker dukket opp for å gi denne funksjonaliteten, spesielt i Node.js-miljøet. La oss utforske noen vanlige tilnærminger:

1. `async_hooks`-modulen (Node.js core)

Node.js tilbyr en innebygd modul som heter `async_hooks` som tilbyr APIer på lavt nivå for sporing av asynkrone ressurser. Den lar deg spore levetiden til asynkrone operasjoner og koble deg til forskjellige hendelser som opprettelse, før utførelse og etter utførelse. Selv om den er kraftig, krever `async_hooks`-modulen mer manuell innsats for å implementere kontekstformidling og brukes vanligvis som en byggekloss for biblioteker på høyere nivå.

            const async_hooks = require('async_hooks');

const context = new Map();

let executionAsyncId = 0;

const init = (asyncId, type, triggerAsyncId, resource) => {
  context.set(asyncId, {}); // Initialiser et kontekstobjekt for hver asynkron operasjon
};

const before = (asyncId) => {
  executionAsyncId = asyncId;
};

const after = (asyncId) => {
  executionAsyncId = 0; // Fjern gjeldende utførelses-asyncId
};

const destroy = (asyncId) => {
  context.delete(asyncId); // Fjern konteksten når den asynkrone operasjonen er fullført
};

const asyncHook = async_hooks.createHook({
  init,
  before,
  after,
  destroy,
});

asyncHook.enable();

function getContext() {
  return context.get(executionAsyncId) || {};
}

function setContext(data) {
  const currentContext = getContext();
  context.set(executionAsyncId, { ...currentContext, ...data });
}

async function doSomethingAsync() {
  const contextData = getContext();
  console.log('Inside doSomethingAsync context:', contextData);
  // ... asynkron operasjon ...
}

async function main() {
  // Simuler en forespørsel
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  setContext({ requestId });
  console.log('Outside doSomethingAsync context:', getContext());
  await doSomethingAsync();
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

Forklaring:

• `async_hooks.createHook()`: Oppretter en hook som fanger opp livssyklushendelsene til asynkrone ressurser.
• `init`: Kalles når en ny asynkron ressurs opprettes. Vi bruker den til å initialisere et kontekstobjekt for ressursen.
• `before`: Kalles rett før en asynkron ressurs sin callback kjøres. Vi bruker den til å oppdatere utførelseskonteksten.
• `after`: Kalles etter at callbacken er utført.
• `destroy`: Kalles når en asynkron ressurs ødelegges. Vi fjerner den tilknyttede konteksten.
• `getContext()` og `setContext()`: Hjelpefunksjoner for å lese og skrive til kontekstlageret.

Selv om dette eksemplet demonstrerer kjerneprinsippene, er det ofte enklere og mer vedlikeholdbart å bruke et dedikert bibliotek.

2. Bruke bibliotekene `cls-hooked` eller `continuation-local-storage`

For en mer strømlinjeformet tilnærming gir biblioteker som `cls-hooked` (eller forgjengeren `continuation-local-storage`, som `cls-hooked` bygger på) abstraksjoner på høyere nivå over `async_hooks`. Disse bibliotekene forenkler prosessen med å opprette og administrere kontekst. De bruker vanligvis et "lager" (ofte en `Map` eller en lignende datastruktur) for å holde kontekstdata, og de formidler automatisk konteksten på tvers av asynkrone operasjoner.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function middleware(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // Resten av logikken for håndtering av forespørselen...
    console.log('Middleware Context:', asyncLocalStorage.getStore());
    next();
  });
}

async function doSomethingAsync() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  console.log('Inside doSomethingAsync:', store);
  // ... asynkron operasjon ...
}

async function routeHandler(req, res) {
  console.log('Route Handler Context:', asyncLocalStorage.getStore());
  await doSomethingAsync();
  res.send('Request processed');
}

// Simuler en forespørsel
const request = { /*...*/ };
const response = { send: (message) => console.log('Response:', message) };

middleware(request, response, () => {
  routeHandler(request, response);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Forklaring:

• `AsyncLocalStorage`: Denne kjerneklassen fra Node.js brukes til å opprette en instans for å administrere asynkron kontekst.
• `asyncLocalStorage.run(context, callback)`: Denne metoden brukes til å sette konteksten for den angitte callback-funksjonen. Den formidler automatisk konteksten til alle asynkrone operasjoner som utføres i callbacken.
• `asyncLocalStorage.getStore()`: Denne metoden brukes til å få tilgang til gjeldende kontekst i en asynkron operasjon. Den henter konteksten som ble satt av `asyncLocalStorage.run()`.

Bruk av `AsyncLocalStorage` forenkler konteksthåndtering. Det håndterer automatisk formidlingen av kontekstdata over asynkrone grenser, noe som reduserer boilerplate-koden.

3. Kontekstformidling i rammeverk

Mange moderne webrammeverk, som NestJS, Express, Koa og andre, gir innebygd støtte eller anbefalte mønstre for implementering av Async Context i applikasjonsstrukturen. Disse rammeverkene integreres ofte med biblioteker som `cls-hooked` eller tilbyr sine egne mekanismer for konteksthåndtering. Valget av rammeverk dikterer ofte den mest hensiktsmessige måten å håndtere forespørselsbegrensede variabler på, men de underliggende prinsippene forblir de samme.

For eksempel, i NestJS, kan du utnytte `REQUEST`-omfanget og `AsyncLocalStorage`-modulen til å administrere forespørselskontekst. Dette lar deg få tilgang til forespørselsspesifikke data i tjenester og kontrollere, noe som gjør det enklere å håndtere autentisering, logging og andre forespørselsrelaterte operasjoner.

Praktiske eksempler og brukstilfeller

La oss utforske hvordan Async Context kan brukes i flere praktiske scenarier i globale applikasjoner:

1. Logging og sporing

Tenk deg et distribuert system med mikrotjenester distribuert på tvers av forskjellige regioner (f.eks. en tjeneste i Singapore for asiatiske brukere, en tjeneste i Brasil for søramerikanske brukere og en tjeneste i Tyskland for europeiske brukere). Hver tjeneste håndterer en del av den totale forespørselsbehandlingen. Ved hjelp av Async Context kan du enkelt generere og formidle en unik korrelasjons-ID for hver forespørsel etter hvert som den flyter gjennom systemet. Denne IDen kan legges til i loggutsagn, slik at du kan spore forespørselens reise på tvers av flere tjenester, selv over geografiske grenser.

            
// Pseudo-kodeeksempel (Illustrativt)
const correlationId = generateCorrelationId();
asyncLocalStorage.run({ correlationId }, async () => {
  // Tjeneste 1
  log('Service 1: Request received', { correlationId });
  await callService2();
});

async function callService2() {
  // Tjeneste 2
  log('Service 2: Processing request', { correlationId: asyncLocalStorage.getStore().correlationId });
  // ... Kall en database, osv.
}

            

              
                Copy
              
            
          

Denne tilnærmingen gir mulighet for effektiv feilsøking, ytelsesanalyse og overvåking av applikasjonen din på tvers av forskjellige geografiske lokasjoner. Vurder å bruke strukturert logging (f.eks. JSON-format) for enkel parsing og spørring på tvers av forskjellige loggplattformer (f.eks. ELK Stack, Splunk).

2. Autentisering og autorisasjon

I en global e-handelsplattform kan brukere fra forskjellige land ha forskjellige tillatelsesnivåer. Ved hjelp av Async Context kan du lagre brukerautentiseringsinformasjon (f.eks. bruker-ID, roller, tillatelser) i konteksten. Denne informasjonen blir lett tilgjengelig for alle deler av applikasjonen under en forespørsels livssyklus. Denne tilnærmingen eliminerer behovet for å gjentatte ganger sende brukerautentiseringsinformasjon gjennom funksjonskall eller utføre flere databaseforespørsler for samme bruker. Denne tilnærmingen er spesielt nyttig hvis plattformen din støtter Single Sign-On (SSO) med identitetsleverandører fra forskjellige land, som Japan, Australia eller Canada, og sikrer en sømløs og sikker opplevelse for brukere over hele verden.

            
// Pseudo-kode
// Middleware
async function authenticateUser(req, res, next) {
  const user = await authenticate(req.headers.authorization); // Anta autentiseringslogikk
  asyncLocalStorage.run({ user }, () => {
    next();
  });
}

// Inne i en rutebehandler
function getUserData() {
  const user = asyncLocalStorage.getStore().user;
  // Få tilgang til brukerinformasjon, f.eks. user.roles, user.country, osv.
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. Lokalisering og internasjonalisering (i18n)

En global applikasjon må tilpasse seg brukerpreferanser, inkludert språk, valuta og dato/klokkeslettformater. Ved å utnytte Async Context kan du lagre lokale og andre brukerinnstillinger i konteksten. Disse dataene formidles deretter automatisk til alle komponenter i applikasjonen, noe som muliggjør dynamisk innholdsgjengivelse, valutakonverteringer og dato/klokkeslettformatering basert på brukerens plassering eller foretrukne språk. Dette gjør det enklere å bygge applikasjoner for det internasjonale samfunnet fra for eksempel Argentina til Vietnam.

            
// Pseudo-kode
// Middleware
async function setLocale(req, res, next) {
  const userLocale = req.headers['accept-language'] || 'en-US';
  asyncLocalStorage.run({ locale: userLocale }, () => {
    next();
  });
}

// Inne i en komponent
function formatPrice(price, currency) {
  const locale = asyncLocalStorage.getStore().locale;
  // Bruk et lokaliseringsbibliotek (f.eks. Intl) for å formatere prisen
  const formattedPrice = new Intl.NumberFormat(locale, { style: 'currency', currency }).format(price);
  return formattedPrice;
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. Feilhåndtering og rapportering

Når det oppstår feil i en kompleks, globalt distribuert applikasjon, er det kritisk å fange opp nok kontekst for å diagnostisere og løse problemet raskt. Ved å bruke Async Context kan du berike feillogger med forespørselsspesifikk informasjon, for eksempel bruker-IDer, korrelasjons-IDer eller til og med brukerens plassering. Dette gjør det enklere å identifisere årsaken til feilen og finne de spesifikke forespørslene som er berørt. Hvis applikasjonen din bruker forskjellige tredjepartstjenester, som betalingsgatewayer basert i Singapore eller skylagring i Australia, blir disse kontekstdetaljene uvurderlige under feilsøking.

            
// Pseudo-kode
try {
  // ... en eller annen operasjon ...
} catch (error) {
  const contextData = asyncLocalStorage.getStore();
  logError(error, { ...contextData }); // Inkluder kontekstinformasjon i feilloggen
  // ... håndter feilen ...
}

            

              
                Copy
              
            
          

Beste praksiser og vurderinger

Selv om Async Context tilbyr mange fordeler, er det viktig å følge beste praksis for å sikre en effektiv og vedlikeholdbar implementering:

• Bruk et dedikert bibliotek: Utnytt biblioteker som `cls-hooked` eller rammeverksspesifikke funksjoner for konteksthåndtering for å forenkle og strømlinjeforme kontekstformidling.
• Vær oppmerksom på minnebruken: Store kontekstobjekter kan bruke mye minne. Lagre bare dataene som er nødvendige for den gjeldende forespørselen.
• Fjern kontekster på slutten av en forespørsel: Sørg for at kontekster fjernes ordentlig etter at forespørselen er fullført. Dette forhindrer at kontekstdata lekker inn i påfølgende forespørsler.
• Vurder feilhåndtering: Implementer robust feilhåndtering for å forhindre at ubehandlede unntak forstyrrer kontekstformidlingen.
• Test grundig: Skriv omfattende tester for å verifisere at kontekstdata formidles riktig på tvers av alle asynkrone operasjoner og i alle scenarier. Vurder å teste med brukere på tvers av globale tidssoner (f.eks. testing på forskjellige tidspunkter av dagen med brukere i London, Beijing eller New York).
• Dokumentasjon: Dokumenter strategien din for konteksthåndtering tydelig, slik at utviklere kan forstå den og jobbe med den effektivt. Inkluder denne dokumentasjonen med resten av kodebasen.
• Unngå overforbruk: Bruk Async Context med omhu. Ikke lagre data i konteksten som allerede er tilgjengelige som funksjonsparametere eller som ikke er relevante for den gjeldende forespørselen.
• Ytelseshensyn: Selv om Async Context i seg selv vanligvis ikke introduserer betydelig ytelsesoverhead, kan operasjonene du utfører med dataene i konteksten påvirke ytelsen. Optimaliser datatilgang og minimer unødvendige beregninger.
• Sikkerhetshensyn: Lagre aldri sensitive data (f.eks. passord) direkte i konteksten. Håndter og sikre informasjonen du bruker i konteksten, og sørg for at du til enhver tid overholder sikkerhetsmessige beste fremgangsmåter.

Konklusjon: Styrke global applikasjonsutvikling

JavaScript Async Context gir en kraftig og elegant løsning for å administrere forespørselsbegrensede variabler i moderne webapplikasjoner. Ved å omfavne denne teknikken kan utviklere bygge mer robuste, vedlikeholdbare og ytelsesdyktige applikasjoner, spesielt de som er rettet mot et globalt publikum. Fra å strømlinjeforme logging og sporing til å forenkle autentisering og lokalisering, låser Async Context opp en rekke fordeler som lar deg skape virkelig skalerbare og brukervennlige applikasjoner for internasjonale brukere, og skaper en positiv innvirkning på dine globale brukere og virksomheten din.

Ved å forstå prinsippene, velge de riktige verktøyene (som `async_hooks` eller biblioteker som `cls-hooked`) og følge beste praksis, kan du utnytte kraften i Async Context til å heve utviklingsarbeidsflyten din og skape eksepsjonelle brukeropplevelser for en mangfoldig og global brukerbase. Enten du bygger en mikrotjenestearkitektur, en stor e-handelsplattform eller et enkelt API, er det avgjørende for suksess i dagens raskt utviklende verden av webutvikling å forstå og effektivt utnytte Async Context.