JavaScript Async Local Storage: Zvládnutie správy kontextu v asynchrónnych prostrediach

Asynchrónne programovanie je základom moderného JavaScriptu, najmä v Node.js pre serverové aplikácie a čoraz viac aj v prehliadači. Správa kontextu – dát špecifických pre požiadavku, reláciu používateľa alebo transakciu – naprieč asynchrónnymi operáciami však môže byť náročná. Štandardné techniky, ako je odovzdávanie dát cez volania funkcií, sa môžu stať ťažkopádnymi a náchylnými na chyby, najmä v zložitých aplikáciách. Práve tu prichádza na rad Async Local Storage (ALS) ako výkonné riešenie.

Čo je Async Local Storage (ALS)?

Async Local Storage (ALS) poskytuje spôsob ukladania dát, ktoré sú lokálne pre špecifickú asynchrónnu operáciu. Predstavte si to ako thread-local storage (úložisko lokálne pre vlákno) v iných programovacích jazykoch, ale prispôsobené pre jednovláknový, udalosťami riadený model JavaScriptu. ALS vám umožňuje priradiť dáta k aktuálnemu asynchrónnemu kontextu vykonávania, čím sa stávajú dostupnými v celom reťazci asynchrónnych volaní bez toho, aby ste ich museli explicitne odovzdávať ako argumenty.

V podstate ALS vytvára úložný priestor, ktorý sa automaticky propaguje cez asynchrónne operácie iniciované v rámci rovnakého kontextu. To zjednodušuje správu kontextu a výrazne znižuje množstvo opakujúceho sa kódu potrebného na udržanie stavu naprieč asynchrónnymi hranicami.

Prečo používať Async Local Storage?

ALS ponúka niekoľko kľúčových výhod pri asynchrónnom vývoji v JavaScripte:

• Zjednodušená správa kontextu: Vyhnite sa odovzdávaniu kontextových premenných cez viaceré volania funkcií, čím sa zníži neprehľadnosť kódu a zlepší sa jeho čitateľnosť.
• Zlepšené ladenie: Jednoducho sledujte dáta špecifické pre požiadavku v celom asynchrónnom zásobníku volaní, čo uľahčuje ladenie a riešenie problémov.
• Zníženie opakujúceho sa kódu: Eliminujte potrebu manuálneho propagovania kontextu, čo vedie k čistejšiemu a udržateľnejšiemu kódu.
• Zvýšený výkon: Propagácia kontextu je riešená automaticky, čím sa minimalizuje výkonnostná réžia spojená s manuálnym odovzdávaním kontextu.
• Centralizovaný prístup ku kontextu: Poskytuje jedno, dobre definované miesto na prístup k dátam kontextu, čo zjednodušuje prístup a modifikáciu.

Prípady použitia Async Local Storage

ALS je obzvlášť užitočné v scenároch, kde potrebujete sledovať dáta špecifické pre požiadavku naprieč asynchrónnymi operáciami. Tu sú niektoré bežné prípady použitia:

1. Sledovanie požiadaviek vo webových serveroch

Na webovom serveri môže byť každá prichádzajúca požiadavka považovaná za samostatný asynchrónny kontext. ALS sa môže použiť na ukladanie informácií špecifických pre požiadavku, ako je ID požiadavky, ID používateľa, autentifikačný token a ďalšie relevantné dáta. To vám umožňuje ľahko pristupovať k týmto informáciám z ktorejkoľvek časti vašej aplikácie, ktorá spracúva požiadavku, vrátane middlewaru, kontrolérov a databázových dopytov.

Príklad (Node.js s Express):

const express = require('express');
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

const app = express();
const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    console.log(`Požiadavka ${requestId} spustená`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Spracúva sa požiadavka ${requestId}`);
  res.send(`Ahoj, ID požiadavky: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server počúva na porte 3000');
});

V tomto príklade je každej prichádzajúcej požiadavke priradené unikátne ID požiadavky, ktoré sa uloží do Async Local Storage. K tomuto ID je potom možné pristupovať z ktorejkoľvek časti obsluhy požiadavky, čo vám umožňuje sledovať požiadavku počas celého jej životného cyklu.

2. Správa relácií používateľov

ALS sa dá použiť aj na správu relácií používateľov. Keď sa používateľ prihlási, môžete uložiť dáta jeho relácie (napr. ID používateľa, roly, oprávnenia) do ALS. To vám umožní ľahko pristupovať k dátam relácie používateľa z ktorejkoľvek časti vašej aplikácie, ktorá ich potrebuje, bez toho, aby ste ich museli odovzdávať ako argumenty.

Príklad:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Simulácia autentifikácie
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('Používateľ overený, relácia uložená v ALS');
      return true;
    });
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

function getUserSession() {
  return asyncLocalStorage.getStore() ? asyncLocalStorage.getStore().get('userSession') : null;
}

function someAsyncOperation() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const userSession = getUserSession();
      if (userSession) {
        console.log(`Asynchrónna operácia: ID používateľa: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Asynchrónna operácia: Relácia používateľa nenájdená');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

async function main() {
  if (authenticateUser('user', 'password')) {
    await someAsyncOperation();
  } else {
    console.log('Autentifikácia zlyhala');
  }
}

main();

V tomto príklade je po úspešnej autentifikácii relácia používateľa uložená v ALS. Funkcia `someAsyncOperation` potom môže pristupovať k týmto dátam relácie bez toho, aby jej museli byť explicitne odovzdané ako argument.

3. Správa transakcií

Pri databázových transakciách sa ALS môže použiť na uloženie transakčného objektu. To vám umožňuje pristupovať k transakčnému objektu z ktorejkoľvek časti vašej aplikácie, ktorá sa zúčastňuje na transakcii, a zabezpečiť tak, že všetky operácie sa vykonajú v rámci rovnakého transakčného rozsahu.

4. Zaznamenávanie a auditovanie

ALS sa môže použiť na ukladanie kontextovo špecifických informácií na účely zaznamenávania a auditovania. Napríklad môžete uložiť ID používateľa, ID požiadavky a časovú pečiatku do ALS a potom tieto informácie zahrnúť do svojich logovacích správ. To uľahčuje sledovanie aktivity používateľov a identifikáciu potenciálnych bezpečnostných problémov.

Ako používať Async Local Storage

Používanie Async Local Storage zahŕňa tri hlavné kroky:

1. Vytvorenie inštancie AsyncLocalStorage: Vytvorte inštanciu triedy `AsyncLocalStorage`.
2. Spustenie kódu v rámci kontextu: Použite metódu `run()` na vykonanie kódu v rámci špecifického kontextu. Metóda `run()` prijíma dva argumenty: úložisko (zvyčajne Map alebo objekt) a spätnú funkciu (callback). Úložisko bude dostupné všetkým asynchrónnym operáciám iniciovaným v rámci spätnej funkcie.
3. Prístup k úložisku: Použite metódu `getStore()` na prístup k úložisku zvnútra asynchrónneho kontextu.

Príklad:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const value = asyncLocalStorage.getStore().get('myKey');
      console.log('Hodnota z ALS:', value);
      resolve();
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('myKey', 'Ahoj z ALS!');
    await doSomethingAsync();
  });
}

main();

API AsyncLocalStorage

Trieda `AsyncLocalStorage` poskytuje nasledujúce metódy:

• constructor(): Vytvorí novú inštanciu AsyncLocalStorage.
• run(store, callback, ...args): Spustí poskytnutú spätnú funkciu v kontexte, kde je dostupné dané úložisko. Úložisko je typicky `Map` alebo obyčajný JavaScript objekt. Všetky asynchrónne operácie iniciované v rámci spätnej funkcie zdedia tento kontext. Spätnej funkcii je možné odovzdať ďalšie argumenty.
• getStore(): Vráti aktuálne úložisko pre aktuálny asynchrónny kontext. Vráti `undefined`, ak s aktuálnym kontextom nie je spojené žiadne úložisko.
• disable(): Deaktivuje inštanciu AsyncLocalStorage. Po deaktivácii už metódy `run()` a `getStore()` nebudú fungovať.

Úvahy a osvedčené postupy

Hoci je ALS mocným nástrojom, je dôležité ho používať uvážlivo. Tu sú niektoré úvahy a osvedčené postupy:

• Vyhnite sa nadmernému používaniu: Nepoužívajte ALS na všetko. Používajte ho len vtedy, keď potrebujete sledovať kontext naprieč asynchrónnymi hranicami. Zvážte jednoduchšie riešenia, ako sú bežné premenné, ak kontext nemusí byť propagovaný cez asynchrónne volania.
• Výkon: Hoci je ALS vo všeobecnosti efektívne, nadmerné používanie môže ovplyvniť výkon. Merajte a optimalizujte svoj kód podľa potreby. Dávajte pozor na veľkosť úložiska, ktoré vkladáte do ALS. Veľké objekty môžu ovplyvniť výkon, najmä ak sa iniciuje veľa asynchrónnych operácií.
• Správa kontextu: Uistite sa, že správne riadite životný cyklus úložiska. Vytvorte nové úložisko pre každú požiadavku alebo reláciu a vyčistite úložisko, keď už nie je potrebné. Hoci samotné ALS pomáha spravovať rozsah platnosti, dáta *v rámci* úložiska stále vyžadujú správne zaobchádzanie a garbage collection.
• Spracovanie chýb: Dávajte pozor na spracovanie chýb. Ak dôjde k chybe v asynchrónnej operácii, kontext sa môže stratiť. Zvážte použitie blokov try-catch na spracovanie chýb a zabezpečenie správneho udržania kontextu.
• Ladenie: Ladenie aplikácií založených na ALS môže byť náročné. Používajte nástroje na ladenie a zaznamenávanie na sledovanie toku vykonávania a identifikáciu potenciálnych problémov.
• Kompatibilita: ALS je dostupné v Node.js verzii 14.5.0 a novších. Pred použitím sa uistite, že vaše prostredie podporuje ALS. Pre staršie verzie Node.js zvážte použitie alternatívnych riešení, ako je continuation-local storage (CLS), hoci tieto môžu mať odlišné výkonnostné charakteristiky a API.

Alternatívy k Async Local Storage

Pred zavedením ALS sa vývojári často spoliehali na iné techniky na správu kontextu v asynchrónnom JavaScripte. Tu sú niektoré bežné alternatívy:

• Explicitné odovzdávanie kontextu: Odovzdávanie kontextových premenných ako argumentov každej funkcii v reťazci volaní. Tento prístup je jednoduchý, ale môže sa stať únavným a náchylným na chyby v zložitých aplikáciách. Taktiež sťažuje refaktoring, pretože zmena dát kontextu si vyžaduje úpravu signatúry mnohých funkcií.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS poskytuje podobnú funkcionalitu ako ALS, ale je založené na odlišnom mechanizme. CLS používa monkey-patching na zachytávanie asynchrónnych operácií a propagáciu kontextu. Tento prístup môže byť zložitejší a môže mať dopad na výkon.
• Knižnice a frameworky: Niektoré knižnice a frameworky poskytujú vlastné mechanizmy na správu kontextu. Napríklad Express.js poskytuje middleware na správu dát špecifických pre požiadavku.

Hoci tieto alternatívy môžu byť v určitých situáciách užitočné, ALS ponúka elegantnejšie a efektívnejšie riešenie pre správu kontextu v asynchrónnom JavaScripte.

Záver

Async Local Storage (ALS) je výkonný nástroj na správu kontextu v asynchrónnych JavaScriptových aplikáciách. Tým, že poskytuje spôsob ukladania dát, ktoré sú lokálne pre špecifickú asynchrónnu operáciu, ALS zjednodušuje správu kontextu, zlepšuje ladenie a znižuje množstvo opakujúceho sa kódu. Či už budujete webový server, spravujete relácie používateľov alebo spracúvate databázové transakcie, ALS vám môže pomôcť písať čistejší, udržateľnejší a efektívnejší kód.

Asynchrónne programovanie sa v JavaScripte stáva čoraz rozšírenejším, a preto je porozumenie nástrojom ako ALS čoraz dôležitejšie. Porozumením jeho správneho použitia a obmedzení môžu vývojári vytvárať robustnejšie a spravovateľnejšie aplikácie schopné škálovania a prispôsobovania sa rôznym potrebám používateľov na celom svete. Experimentujte s ALS vo svojich projektoch a objavte, ako môže zjednodušiť vaše asynchrónne pracovné postupy a zlepšiť celkovú architektúru vašej aplikácie.

Ďalšie zdroje

• Dokumentácia Node.js AsyncLocalStorage
• npm balík async-local-storage (pre staršie verzie Node.js)
• Async Local Storage v Node.js - YouTube