Asinhroni kontekst v JavaScriptu: Upravljanje spremenljivk, vezanih na zahtevek

Asinhrono programiranje je temelj sodobnega razvoja v JavaScriptu, zlasti v okoljih, kot je Node.js, kjer je neblokirajoč I/O ključen za delovanje. Vendar pa je upravljanje konteksta med asinhronimi operacijami lahko izziv. Tu nastopi asinhroni kontekst v JavaScriptu, natančneje AsyncLocalStorage.

Kaj je asinhroni kontekst?

Asinhroni kontekst se nanaša na zmožnost povezovanja podatkov z asinhrono operacijo, ki se ohrani skozi njen življenjski cikel. To je ključnega pomena v scenarijih, kjer morate ohraniti informacije, vezane na zahtevek (npr. ID uporabnika, ID zahtevka, informacije za sledenje), med več asinhronimi klici. Brez ustreznega upravljanja konteksta lahko postanejo odpravljanje napak, beleženje in varnost bistveno težji.

Izziv ohranjanja konteksta v asinhronih operacijah

Tradicionalni pristopi k upravljanju konteksta, kot je eksplicitno podajanje spremenljivk skozi klice funkcij, lahko postanejo okorni in nagnjeni k napakam, ko se kompleksnost asinhrone kode poveča. Pekel povratnih klicev (callback hell) in verige obljub (promise chains) lahko zakrijejo tok konteksta, kar vodi do težav pri vzdrževanju in potencialnih varnostnih ranljivosti. Poglejmo si ta poenostavljen primer:

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

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

V tem primeru se userId večkrat prenaša navzdol skozi ugnezdene povratne klice. Ta pristop ni samo zgovoren, ampak tudi tesno povezuje funkcije, zaradi česar so manj ponovno uporabne in težje za testiranje.

Predstavljamo AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage je vgrajen modul v Node.js, ki zagotavlja mehanizem za shranjevanje podatkov, ki so lokalni za določen asinhroni kontekst. Omogoča vam nastavitev in pridobivanje vrednosti, ki se samodejno širijo čez asinhrone meje znotraj istega izvajalnega konteksta. To bistveno poenostavi upravljanje spremenljivk, vezanih na zahtevek.

Kako deluje AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage deluje tako, da ustvari kontekst shranjevanja, ki je povezan s trenutno asinhrono operacijo. Ko se začne nova asinhrona operacija (npr. obljuba, povratni klic), se kontekst shranjevanja samodejno razširi na novo operacijo. To zagotavlja, da so isti podatki dostopni skozi celotno verigo asinhronih klicev.

Osnovna uporaba AsyncLocalStorage

Tukaj je osnovni primer uporabe 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;
}

V tem primeru:

• Ustvarimo instanco AsyncLocalStorage.
• V funkciji processRequest uporabimo asyncLocalStorage.run za izvedbo funkcije v kontekstu nove instance shrambe (v tem primeru Map).
• Nastavimo userId v shrambi z uporabo asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId).
• Znotraj asinhronih operacij (fetchData, transformData, logData) lahko pridobimo userId z uporabo asyncLocalStorage.getStore().get('userId').

Primeri uporabe za AsyncLocalStorage

AsyncLocalStorage je še posebej uporaben v naslednjih scenarijih:

1. Sledenje zahtevkom

V porazdeljenih sistemih je sledenje zahtevkom med več storitvami ključno za spremljanje delovanja in odkrivanje ozkih grl. AsyncLocalStorage se lahko uporablja za shranjevanje edinstvenega ID-ja zahtevka, ki se širi čez meje storitev. To vam omogoča korelacijo dnevnikov in metrik iz različnih storitev, kar zagotavlja celovit pogled na potek zahtevka. Na primer, predstavljajte si arhitekturo mikrostoritev, kjer uporabnikov zahtevek potuje skozi API prehod, avtentikacijsko storitev in storitev za obdelavo podatkov. Z uporabo AsyncLocalStorage lahko na API prehodu ustvarite edinstven ID zahtevka, ki se samodejno razširi na vse nadaljnje storitve, vključene v obravnavo zahtevka.

2. Kontekst beleženja (logging)

Pri beleženju dogodkov je pogosto koristno vključiti kontekstualne informacije, kot so ID uporabnika, ID zahtevka ali ID seje. AsyncLocalStorage se lahko uporablja za samodejno vključevanje teh informacij v sporočila dnevnika, kar olajša odpravljanje napak in analizo težav. Predstavljajte si scenarij, kjer morate slediti dejavnosti uporabnika znotraj vaše aplikacije. S shranjevanjem ID-ja uporabnika v AsyncLocalStorage ga lahko samodejno vključite v vsa sporočila dnevnika, povezana s sejo tega uporabnika, kar zagotavlja dragocene vpoglede v njihovo vedenje in morebitne težave, s katerimi se srečujejo.

3. Avtentikacija in avtorizacija

AsyncLocalStorage se lahko uporablja za shranjevanje informacij o avtentikaciji in avtorizaciji, kot so vloge in dovoljenja uporabnika. To vam omogoča uveljavljanje politik nadzora dostopa po vsej aplikaciji, ne da bi morali eksplicitno posredovati uporabniške poverilnice vsaki funkciji. Predstavljajte si aplikacijo za e-trgovino, kjer imajo različni uporabniki različne ravni dostopa (npr. administratorji, redne stranke). S shranjevanjem vlog uporabnika v AsyncLocalStorage lahko enostavno preverite njihova dovoljenja, preden jim dovolite izvajanje določenih dejanj, s čimer zagotovite, da lahko do občutljivih podatkov ali funkcionalnosti dostopajo samo pooblaščeni uporabniki.

4. Podatkovne transakcije

Pri delu s podatkovnimi bazami je pogosto treba upravljati transakcije med več asinhronimi operacijami. AsyncLocalStorage se lahko uporablja za shranjevanje povezave s podatkovno bazo ali transakcijskega objekta, kar zagotavlja, da se vse operacije znotraj istega zahtevka izvedejo znotraj iste transakcije. Na primer, če uporabnik oddaja naročilo, boste morda morali posodobiti več tabel (npr. naročila, postavke naročila, zaloge). S shranjevanjem transakcijskega objekta podatkovne baze v AsyncLocalStorage lahko zagotovite, da se vse te posodobitve izvedejo znotraj ene same transakcije, kar zagotavlja atomičnost in doslednost.

5. Večnajemništvo (Multi-Tenancy)

V večnajemniških aplikacijah je bistveno izolirati podatke in vire za vsakega najemnika. AsyncLocalStorage se lahko uporablja za shranjevanje ID-ja najemnika, kar vam omogoča dinamično usmerjanje zahtevkov v ustrezno shrambo podatkov ali vir glede na trenutnega najemnika. Predstavljajte si SaaS platformo, kjer več organizacij uporablja isto instanco aplikacije. S shranjevanjem ID-ja najemnika v AsyncLocalStorage lahko zagotovite, da so podatki vsake organizacije ločeni in da imajo dostop samo do svojih virov.

Najboljše prakse za uporabo AsyncLocalStorage

Čeprav je AsyncLocalStorage močno orodje, ga je pomembno uporabljati preudarno, da se izognete morebitnim težavam z zmogljivostjo in ohranite jasnost kode. Tu je nekaj najboljših praks, ki jih je treba upoštevati:

1. Minimizirajte shranjevanje podatkov

V AsyncLocalStorage shranjujte samo nujno potrebne podatke. Shranjevanje velikih količin podatkov lahko vpliva na zmogljivost, zlasti v okoljih z visoko sočasnostjo. Na primer, namesto shranjevanja celotnega uporabniškega objekta, razmislite o shranjevanju samo ID-ja uporabnika in pridobivanju uporabniškega objekta iz predpomnilnika ali podatkovne baze po potrebi.

2. Izogibajte se pretiranemu preklapljanju konteksta

Pogosto preklapljanje konteksta lahko prav tako vpliva na zmogljivost. Zmanjšajte število nastavitev in pridobivanja vrednosti iz AsyncLocalStorage. Pogosto dostopane vrednosti predpomnite lokalno znotraj funkcije, da zmanjšate obremenitev dostopa do konteksta shranjevanja. Na primer, če morate večkrat dostopiti do ID-ja uporabnika znotraj funkcije, ga enkrat pridobite iz AsyncLocalStorage in shranite v lokalno spremenljivko za nadaljnjo uporabo.

3. Uporabljajte jasne in dosledne konvencije poimenovanja

Uporabljajte jasne in dosledne konvencije poimenovanja za ključe, ki jih shranjujete v AsyncLocalStorage. To bo izboljšalo berljivost in vzdržljivost kode. Na primer, uporabite dosledno predpono za vse ključe, povezane z določeno funkcijo ali domeno, kot je request.id ali user.id.

4. Počistite po uporabi

Čeprav AsyncLocalStorage samodejno počisti kontekst shranjevanja, ko se asinhrona operacija zaključi, je dobra praksa, da eksplicitno počistite kontekst shranjevanja, ko ga ne potrebujete več. To lahko pomaga preprečiti uhajanje pomnilnika in izboljšati zmogljivost. To lahko dosežete z uporabo metode exit za eksplicitno čiščenje konteksta.

5. Upoštevajte vpliv na zmogljivost

Zavedajte se vpliva uporabe AsyncLocalStorage na zmogljivost, zlasti v okoljih z visoko sočasnostjo. Primerjalno testirajte svojo kodo, da zagotovite, da izpolnjuje vaše zahteve glede zmogljivosti. Profilirajte svojo aplikacijo, da prepoznate morebitna ozka grla, povezana z upravljanjem konteksta. Razmislite o alternativnih pristopih, kot je eksplicitno podajanje konteksta, če AsyncLocalStorage povzroča nesprejemljivo obremenitev zmogljivosti.

6. Uporabljajte previdno v knjižnicah

Izogibajte se neposredni uporabi AsyncLocalStorage v knjižnicah, ki so namenjene splošni uporabi. Knjižnice ne bi smele delati predpostavk o kontekstu, v katerem se uporabljajo. Namesto tega zagotovite možnosti, da uporabniki eksplicitno posredujejo kontekstualne informacije. To uporabnikom omogoča nadzor nad upravljanjem konteksta v njihovih aplikacijah in preprečuje morebitne konflikte ali nepričakovano vedenje.

Alternative za AsyncLocalStorage

Čeprav je AsyncLocalStorage priročno in močno orodje, ni vedno najboljša rešitev za vsak scenarij. Tukaj je nekaj alternativ, ki jih je vredno razmisliti:

1. Eksplicitno podajanje konteksta

Najenostavnejši pristop je eksplicitno podajanje kontekstualnih informacij kot argumentov funkcij. Ta pristop je preprost in enostaven za razumevanje, vendar lahko postane okoren, ko se kompleksnost kode poveča. Eksplicitno podajanje konteksta je primerno za preproste scenarije, kjer je kontekst razmeroma majhen in koda ni globoko ugnezdena. Vendar pa lahko pri bolj zapletenih scenarijih vodi do kode, ki jo je težko brati in vzdrževati.

2. Kontekstni objekti

Namesto podajanja posameznih spremenljivk lahko ustvarite kontekstni objekt, ki zajema vse kontekstualne informacije. To lahko poenostavi podpise funkcij in naredi kodo bolj berljivo. Kontekstni objekti so dober kompromis med eksplicitnim podajanjem konteksta in AsyncLocalStorage. Omogočajo združevanje povezanih kontekstualnih informacij, zaradi česar je koda bolj organizirana in lažja za razumevanje. Vendar pa še vedno zahtevajo eksplicitno podajanje kontekstnega objekta vsaki funkciji.

3. Async Hooks (za diagnostiko)

Modul async_hooks v Node.js zagotavlja bolj splošen mehanizem za sledenje asinhronim operacijam. Čeprav je njegova uporaba bolj zapletena kot pri AsyncLocalStorage, ponuja večjo prilagodljivost in nadzor. async_hooks je primarno namenjen za diagnostične in odpravljalne namene. Omogoča sledenje življenjskemu ciklu asinhronih operacij in zbiranje informacij o njihovem izvajanju. Vendar pa se zaradi morebitne obremenitve zmogljivosti ne priporoča za splošno upravljanje konteksta.

4. Diagnostični kontekst (OpenTelemetry)

OpenTelemetry ponuja standardiziran API za zbiranje in izvoz telemetričnih podatkov, vključno s sledmi, metrikami in dnevniki. Njegove funkcije diagnostičnega konteksta ponujajo napredno in robustno rešitev za upravljanje širjenja konteksta v porazdeljenih sistemih. Integracija z OpenTelemetry zagotavlja od prodajalca neodvisen način za zagotavljanje doslednosti konteksta med različnimi storitvami in platformami. To je še posebej uporabno v zapletenih arhitekturah mikrostoritev, kjer je treba kontekst širiti čez meje storitev.

Primeri iz prakse

Poglejmo si nekaj primerov iz prakse, kako se lahko AsyncLocalStorage uporablja v različnih scenarijih.

1. Aplikacija za e-trgovino: Sledenje zahtevkom

V aplikaciji za e-trgovino lahko uporabite AsyncLocalStorage za sledenje uporabniškim zahtevkom med več storitvami, kot so katalog izdelkov, nakupovalna košarica in plačilni prehod. To vam omogoča spremljanje delovanja vsake storitve in odkrivanje ozkih grl, ki bi lahko vplivala na uporabniško izkušnjo.

// V API prehodu
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 storitvi kataloga izdelkov
async function getProductDetails(productId) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // Zabeleži ID zahtevka skupaj z drugimi podrobnostmi
  logger.info(`[${requestId}] Pridobivanje podrobnosti izdelka za ID izdelka: ${productId}`);
  // ... pridobi podrobnosti izdelka
}

2. SaaS platforma: Večnajemništvo

Na SaaS platformi lahko uporabite AsyncLocalStorage za shranjevanje ID-ja najemnika in dinamično usmerjanje zahtevkov v ustrezno shrambo podatkov ali vir glede na trenutnega najemnika. To zagotavlja, da so podatki vsakega najemnika ločeni in da imajo dostop samo do svojih virov.

// Vmesna programska oprema za pridobitev ID-ja najemnika iz zahtevka
app.use((req, res, next) => {
  const tenantId = req.headers['x-tenant-id'];
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('tenantId', tenantId);
    next();
  });
});

// Funkcija za pridobivanje podatkov za določenega najemnika
async function fetchData(query) {
  const tenantId = asyncLocalStorage.getStore().get('tenantId');
  const db = getDatabaseConnection(tenantId);
  return db.query(query);
}

3. Arhitektura mikrostoritev: Kontekst beleženja

V arhitekturi mikrostoritev lahko uporabite AsyncLocalStorage za shranjevanje ID-ja uporabnika in ga samodejno vključite v sporočila dnevnika iz različnih storitev. To olajša odpravljanje napak in analizo težav, ki bi lahko vplivale na določenega uporabnika.

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

// V storitvi za obdelavo podatkov
async function processData(data) {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  logger.info(`[ID uporabnika: ${userId}] Obdelava podatkov: ${JSON.stringify(data)}`);
  // ... obdelaj podatke
}

Zaključek

AsyncLocalStorage je dragoceno orodje za upravljanje spremenljivk, vezanih na zahtevek, v asinhronih okoljih JavaScripta. Poenostavlja upravljanje konteksta med asinhronimi operacijami, zaradi česar je koda bolj berljiva, vzdržljiva in varna. Z razumevanjem primerov uporabe, najboljših praks in alternativ lahko učinkovito izkoristite AsyncLocalStorage za izgradnjo robustnih in razširljivih aplikacij. Vendar je ključnega pomena, da skrbno pretehtate njegove posledice za zmogljivost in ga uporabljate preudarno, da se izognete morebitnim težavam. Premišljeno sprejmite AsyncLocalStorage, da izboljšate svoje prakse asinhronega razvoja v JavaScriptu.

S vključitvijo jasnih primerov, praktičnih nasvetov in celovitega pregleda želi ta vodnik opremiti razvijalce po vsem svetu z znanjem za učinkovito upravljanje asinhronih kontekstov z uporabo AsyncLocalStorage v njihovih aplikacijah JavaScript. Ne pozabite upoštevati vpliva na zmogljivost in alternativ, da zagotovite najboljšo rešitev za vaše specifične potrebe.