Asynchrónny kontext v JavaScript: Správa premenných v rozsahu požiadavky

Asynchrónne programovanie je základným kameňom moderného vývoja JavaScriptu, najmä v prostrediach ako Node.js, kde je neblokujúce I/O kľúčové pre výkon. Avšak správa kontextu v rámci asynchrónnych operácií môže byť náročná. Práve tu prichádza do úvahy asynchrónny kontext JavaScriptu, konkrétne AsyncLocalStorage.

Čo je asynchrónny kontext?

Asynchrónny kontext sa vzťahuje na schopnosť priradiť dáta k asynchrónnej operácii, ktorá pretrváva počas jej životného cyklu. Je to nevyhnutné pre scenáre, kde potrebujete udržiavať informácie v rozsahu požiadavky (napr. ID používateľa, ID požiadavky, informácie o sledovaní) v rámci viacerých asynchrónnych volaní. Bez správnej správy kontextu sa ladenie, protokolovanie a zabezpečenie môžu stať oveľa náročnejšími.

Výzva udržiavania kontextu v asynchrónnych operáciách

Tradičné prístupy k správe kontextu, ako napríklad explicitné odovzdávanie premenných prostredníctvom volaní funkcií, sa môžu stať ťažkopádnymi a náchylnými na chyby, ako sa zvyšuje zložitosť asynchrónneho kódu. Peklo spätných volaní a reťaze prísľubov môžu zakryť tok kontextu, čo vedie k problémom s údržbou a potenciálnym bezpečnostným zraniteľnostiam. Zvážte tento zjednodušený príklad:

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

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

V tomto príklade sa userId opakovane odovzdáva nadol cez vnorené spätné volania. Tento prístup je nielen rozsiahly, ale aj úzko spája funkcie, vďaka čomu sú menej opakovane použiteľné a ťažšie testovateľné.

Predstavujeme AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage je vstavaný modul v Node.js, ktorý poskytuje mechanizmus na ukladanie dát, ktoré sú lokálne pre konkrétny asynchrónny kontext. Umožňuje nastaviť a získať hodnoty, ktoré sa automaticky šíria cez asynchrónne hranice v rámci rovnakého kontextu vykonávania. To výrazne zjednodušuje správu premenných v rozsahu požiadavky.

Ako AsyncLocalStorage funguje

AsyncLocalStorage funguje tak, že vytvorí úložný kontext, ktorý je priradený k aktuálnej asynchrónnej operácii. Keď sa iniciuje nová asynchrónna operácia (napr. prísľub, spätné volanie), úložný kontext sa automaticky rozšíri do novej operácie. Tým sa zabezpečí, že rovnaké dáta sú prístupné v celom reťazci asynchrónnych volaní.

Základné použitie AsyncLocalStorage

Tu je základný príklad použitia 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');
  // ... získať dáta pomocou userId
  return data;
}

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

async function logData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  // ... logovať dáta pomocou userId
  return;
}

V tomto príklade:

• Vytvoríme inštanciu AsyncLocalStorage.
• Vo funkcii processRequest používame asyncLocalStorage.run na vykonanie funkcie v kontexte novej inštancie úložiska (v tomto prípade Map).
• Nastavíme userId v úložisku pomocou asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• V rámci asynchrónnych operácií (fetchData, transformData, logData) môžeme získať userId pomocou asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

Príklady použitia pre AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage je obzvlášť užitočný v nasledujúcich scenároch:

1. Sledovanie požiadaviek

V distribuovaných systémoch je sledovanie požiadaviek cez viaceré služby rozhodujúce pre monitorovanie výkonu a identifikáciu úzkych miest. AsyncLocalStorage sa dá použiť na uloženie jedinečného ID požiadavky, ktoré sa šíri cez hranice služby. To vám umožňuje korelovať protokoly a metriky z rôznych služieb, čím získate komplexný prehľad o ceste požiadavky. Zvážte napríklad architektúru mikroslužieb, kde požiadavka používateľa prechádza cez bránu API, autentifikačnú službu a službu spracovania dát. Pomocou AsyncLocalStorage je možné vygenerovať jedinečné ID požiadavky na bráne API a automaticky ho rozšíriť do všetkých následných služieb zapojených do spracovania požiadavky.

2. Kontext protokolovania

Pri protokolovaní udalostí je často užitočné zahrnúť kontextové informácie, ako napríklad ID používateľa, ID požiadavky alebo ID relácie. AsyncLocalStorage je možné použiť na automatické zahrnutie týchto informácií do správ protokolu, čo uľahčuje ladenie a analýzu problémov. Predstavte si scenár, kde potrebujete sledovať aktivitu používateľa vo vašej aplikácii. Uložením ID používateľa v AsyncLocalStorage ho môžete automaticky zahrnúť do všetkých správ protokolu súvisiacich s reláciou daného používateľa, čím poskytnete cenné informácie o jeho správaní a potenciálnych problémoch, s ktorými sa môže stretnúť.

3. Autentifikácia a autorizácia

AsyncLocalStorage sa dá použiť na uloženie informácií o autentifikácii a autorizácii, ako napríklad roly a povolenia používateľa. To vám umožňuje vynucovať politiky kontroly prístupu v celej aplikácii bez toho, aby ste museli explicitne odovzdávať poverenia používateľa každej funkcii. Zvážte aplikáciu elektronického obchodu, kde majú rôzni používatelia rôzne úrovne prístupu (napr. administrátori, bežní zákazníci). Uložením rolí používateľa v AsyncLocalStorage môžete ľahko skontrolovať ich povolenia predtým, ako im umožníte vykonávať určité akcie, čím zaistíte, že k citlivým údajom alebo funkciám budú mať prístup iba autorizovaní používatelia.

4. Transakcie databázy

Pri práci s databázami je často potrebné spravovať transakcie cez viaceré asynchrónne operácie. AsyncLocalStorage sa dá použiť na uloženie databázového pripojenia alebo transakčného objektu, čím sa zaistí, že všetky operácie v rámci rovnakej požiadavky sa vykonajú v rámci rovnakej transakcie. Ak napríklad používateľ zadáva objednávku, možno budete musieť aktualizovať viaceré tabuľky (napr. objednávky, položky_objednávky, inventár). Uložením databázového transakčného objektu v AsyncLocalStorage môžete zabezpečiť, že všetky tieto aktualizácie sa vykonajú v rámci jednej transakcie, čím sa zaručí atomicita a konzistencia.

5. Multi-tenancy

Vo viacerých nájomníckych aplikáciách je nevyhnutné izolovať dáta a zdroje pre každého nájomníka. AsyncLocalStorage sa dá použiť na uloženie ID nájomníka, čo vám umožní dynamicky smerovať požiadavky do príslušného dátového úložiska alebo zdroja na základe aktuálneho nájomníka. Predstavte si platformu SaaS, kde viaceré organizácie používajú rovnakú inštanciu aplikácie. Uložením ID nájomníka v AsyncLocalStorage môžete zabezpečiť, aby sa dáta každej organizácie uchovávali oddelene a aby mali prístup iba k svojim vlastným zdrojom.

Najlepšie postupy pri používaní AsyncLocalStorage

Hoci je AsyncLocalStorage výkonný nástroj, je dôležité používať ho uvážene, aby ste sa vyhli potenciálnym problémom s výkonom a zachovali prehľadnosť kódu. Tu je niekoľko najlepších postupov, ktoré je potrebné mať na pamäti:

1. Minimalizujte ukladanie dát

Uchovávajte iba dáta, ktoré sú absolútne nevyhnutné, v AsyncLocalStorage. Ukladanie veľkého množstva dát môže ovplyvniť výkon, najmä v prostrediach s vysokou súbežnosťou. Namiesto ukladania celého objektu používateľa zvážte napríklad uloženie iba ID používateľa a načítanie objektu používateľa z vyrovnávacej pamäte alebo databázy, keď je to potrebné.

2. Vyhnite sa nadmernému prepínaniu kontextu

Časté prepínanie kontextu môže tiež ovplyvniť výkon. Minimalizujte početnosť nastavovania a získavania hodnôt z AsyncLocalStorage. Uložte často prístupné hodnoty lokálne vo funkcii, aby ste znížili réžiu prístupu ku kontextu úložiska. Ak napríklad potrebujete prístup k ID používateľa viackrát vo funkcii, získajte ho raz z AsyncLocalStorage a uložte ho do lokálnej premennej na následné použitie.

3. Používajte jasné a konzistentné konvencie pomenovania

Používajte jasné a konzistentné konvencie pomenovania pre kľúče, ktoré ukladáte v AsyncLocalStorage. Zlepší to čitateľnosť a udržiavateľnosť kódu. Používajte napríklad konzistentnú predponu pre všetky kľúče súvisiace s konkrétnou funkciou alebo doménou, ako napríklad request.id alebo user.id.

4. Vyčistite po použití

Hoci AsyncLocalStorage automaticky vyčistí kontext úložiska po dokončení asynchrónnej operácie, je dobrou praxou explicitne vyčistiť kontext úložiska, keď už nie je potrebný. To môže pomôcť zabrániť únikom pamäte a zlepšiť výkon. Môžete to dosiahnuť pomocou metódy exit na explicitné vyčistenie kontextu.

5. Zvážte dôsledky na výkon

Uvedomte si dôsledky na výkon pri používaní AsyncLocalStorage, najmä v prostrediach s vysokou súbežnosťou. Otestujte svoj kód, aby ste sa uistili, že spĺňa vaše požiadavky na výkon. Profilujte svoju aplikáciu, aby ste identifikovali potenciálne úzke miesta súvisiace so správou kontextu. Zvážte alternatívne prístupy, ako je explicitné odovzdávanie kontextu, ak AsyncLocalStorage prináša neprijateľné výkonové zaťaženie.

6. Používajte opatrne v knižniciach

Vyhnite sa priamemu používaniu AsyncLocalStorage v knižniciach, ktoré sú určené na všeobecné použitie. Knižnice by nemali robiť predpoklady o kontexte, v ktorom sa používajú. Namiesto toho poskytnite používateľom možnosti explicitného odovzdávania kontextových informácií. To používateľom umožňuje ovládať spôsob správy kontextu v ich aplikáciách a vyhýba sa potenciálnym konfliktom alebo neočakávanému správaniu.

Alternatívy k AsyncLocalStorage

Hoci je AsyncLocalStorage pohodlný a výkonný nástroj, nie vždy je najlepším riešením pre každý scenár. Tu sú niektoré alternatívy, ktoré je potrebné zvážiť:

1. Explicitné odovzdávanie kontextu

Najjednoduchší prístup je explicitne odovzdávať kontextové informácie ako argumenty funkciám. Tento prístup je priamočiary a ľahko pochopiteľný, ale môže sa stať ťažkopádnym, ako sa zvyšuje zložitosť kódu. Explicitné odovzdávanie kontextu je vhodné pre jednoduché scenáre, kde je kontext relatívne malý a kód nie je hlboko vnorený. Pre zložitejšie scenáre to však môže viesť ku kódu, ktorý je ťažko čitateľný a udržiavateľný.

2. Kontextové objekty

Namiesto odovzdávania jednotlivých premenných môžete vytvoriť kontextový objekt, ktorý zapuzdruje všetky kontextové informácie. To môže zjednodušiť podpisy funkcií a urobiť kód čitateľnejším. Kontextové objekty sú dobrým kompromisom medzi explicitným odovzdávaním kontextu a AsyncLocalStorage. Poskytujú spôsob, ako zoskupiť súvisiace kontextové informácie, vďaka čomu je kód organizovanejší a ľahšie pochopiteľný. Stále však vyžadujú explicitné odovzdávanie kontextového objektu každej funkcii.

3. Asynchrónne háky (pre diagnostiku)

Modul async_hooks Node.js poskytuje všeobecnejší mechanizmus na sledovanie asynchrónnych operácií. Hoci sa používa zložitejšie ako AsyncLocalStorage, ponúka väčšiu flexibilitu a kontrolu. async_hooks je primárne určený na diagnostické a ladiace účely. Umožňuje vám sledovať životný cyklus asynchrónnych operácií a zhromažďovať informácie o ich vykonávaní. Neodporúča sa však na všeobecnú správu kontextu z dôvodu potenciálneho výkonového zaťaženia.

4. Diagnostický kontext (OpenTelemetry)

OpenTelemetry poskytuje štandardizované API na zhromažďovanie a export údajov telemetrie, vrátane stôp, metrík a protokolov. Jeho funkcie diagnostického kontextu ponúkajú pokročilé a robustné riešenie na správu šírenia kontextu v distribuovaných systémoch. Integrácia s OpenTelemetry poskytuje spôsob, ktorý je nezávislý od dodávateľa, ako zabezpečiť konzistentnosť kontextu v rôznych službách a platformách. To je obzvlášť užitočné v zložitých architektúrach mikroslužieb, kde je potrebné šíriť kontext cez hranice služieb.

Príklady zo skutočného sveta

Poďme preskúmať niektoré príklady zo skutočného sveta, ako sa dá AsyncLocalStorage použiť v rôznych scenároch.

1. Aplikácia elektronického obchodu: Sledovanie požiadaviek

V aplikácii elektronického obchodu môžete použiť AsyncLocalStorage na sledovanie požiadaviek používateľov cez viaceré služby, ako napríklad katalóg produktov, nákupný košík a platobná brána. To vám umožňuje monitorovať výkon každej služby a identifikovať úzke miesta, ktoré by mohli ovplyvňovať používateľské prostredie.

// V bráne API
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();
  });
});

// V službe katalógu produktov
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Protokolujte ID požiadavky spolu s ďalšími detailmi
  logger.info(`[${requestId}] Získavanie detailov produktu pre ID produktu: ${productId}`);
  // ... získať detaily produktu
}

2. Platforma SaaS: Multi-tenancy

Na platforme SaaS môžete použiť AsyncLocalStorage na uloženie ID nájomníka a dynamické smerovanie požiadaviek do príslušného dátového úložiska alebo zdroja na základe aktuálneho nájomníka. Tým sa zabezpečí, že dáta každého nájomníka sa uchovávajú oddelene a že majú prístup iba k svojim vlastným zdrojom.

// Middleware na extrakciu ID nájomníka z požiadavky
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Funkcia na získavanie dát pre konkrétneho nájomníka
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Architektúra mikroslužieb: Kontext protokolovania

V architektúre mikroslužieb môžete použiť AsyncLocalStorage na uloženie ID používateľa a automatické zahrnutie do správ protokolu z rôznych služieb. To uľahčuje ladenie a analýzu problémov, ktoré by mohli ovplyvniť konkrétneho používateľa.

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

// V službe spracovania dát
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[ID používateľa: ${userId}] Spracúvanie dát: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... spracovať dáta
}

Záver

AsyncLocalStorage je cenný nástroj na správu premenných v rozsahu požiadavky v asynchrónnych prostrediach JavaScriptu. Zjednodušuje správu kontextu v rámci asynchrónnych operácií, vďaka čomu je kód čitateľnejší, udržiavateľnejší a bezpečnejší. Pochopením jeho prípadov použitia, osvedčených postupov a alternatív môžete efektívne využiť AsyncLocalStorage na vytváranie robustných a škálovateľných aplikácií. Je však nevyhnutné dôkladne zvážiť jeho vplyv na výkon a používať ho uvážene, aby ste sa vyhli potenciálnym problémom. Používajte AsyncLocalStorage premyslene, aby ste zlepšili svoje postupy asynchrónneho vývoja JavaScriptu.

Zahrnutím jasných príkladov, praktických rád a komplexného prehľadu má tento sprievodca za cieľ vybaviť vývojárov na celom svete vedomosťami na efektívne spravovanie asynchrónneho kontextu pomocou AsyncLocalStorage vo svojich aplikáciách JavaScript. Nezabudnite zvážiť dôsledky na výkon a alternatívy, aby ste zaistili najlepšie riešenie pre vaše konkrétne potreby.