Asinhroni kontekst v JavaScriptu: Obvladovanje upravljanja spremenljivk v obsegu zahteve

Asinhrono programiranje je temelj sodobnega razvoja v JavaScriptu, zlasti v okoljih, kot je Node.js. Vendar pa je upravljanje konteksta in spremenljivk v obsegu zahteve med asinhronimi operacijami lahko izziv. Tradicionalni pristopi pogosto vodijo v zapleteno kodo in možnost poškodovanja podatkov. Ta članek raziskuje zmožnosti asinhronega konteksta v JavaScriptu, s posebnim poudarkom na AsyncLocalStorage, in kako poenostavlja upravljanje spremenljivk v obsegu zahteve za gradnjo robustnih in razširljivih aplikacij.

Razumevanje izzivov asinhronega konteksta

Pri sinhronem programiranju je upravljanje spremenljivk znotraj obsega funkcije preprosto. Vsaka funkcija ima svoj izvajalni kontekst, in spremenljivke, deklarirane znotraj tega konteksta, so izolirane. Vendar pa asihrone operacije prinašajo zaplete, ker se ne izvajajo linearno. Povratni klici (callbacks), obljube (promises) in async/await uvajajo nove izvajalne kontekste, ki lahko otežijo vzdrževanje in dostop do spremenljivk, povezanih z določeno zahtevo ali operacijo.

Predstavljajte si scenarij, kjer morate slediti edinstvenemu ID-ju zahteve skozi celotno izvajanje obdelovalca zahteve. Brez ustreznega mehanizma bi se morda zatekli k posredovanju ID-ja zahteve kot argumenta vsaki funkciji, ki sodeluje pri obdelavi zahteve. Ta pristop je okoren, nagnjen k napakam in močno povezuje vašo kodo.

Problem širjenja konteksta

• Nered v kodi: Posredovanje kontekstualnih spremenljivk skozi več klicev funkcij znatno poveča kompleksnost kode in zmanjša njeno berljivost.
• Močna povezanost: Funkcije postanejo odvisne od določenih kontekstualnih spremenljivk, zaradi česar so manj ponovno uporabne in težje za testiranje.
• Nagnjenost k napakam: Pozabljanje na posredovanje kontekstualne spremenljivke ali posredovanje napačne vrednosti lahko povzroči nepredvidljivo obnašanje in težave, ki jih je težko odpraviti.
• Dodatno delo pri vzdrževanju: Spremembe kontekstualnih spremenljivk zahtevajo prilagoditve v več delih kodne baze.

Ti izzivi poudarjajo potrebo po bolj elegantni in robustni rešitvi za upravljanje spremenljivk v obsegu zahteve v asinhronih okoljih JavaScripta.

Predstavljamo AsyncLocalStorage: Rešitev za asinhroni kontekst

AsyncLocalStorage, predstavljen v Node.js v14.5.0, zagotavlja mehanizem za shranjevanje podatkov skozi celotno življenjsko dobo asinhrone operacije. V bistvu ustvari kontekst, ki je obstojen preko asinhronih meja, kar vam omogoča dostop do in spreminjanje spremenljivk, specifičnih za določeno zahtevo ali operacijo, ne da bi jih morali izrecno posredovati.

AsyncLocalStorage deluje na osnovi posameznega izvajalnega konteksta. Vsaka asinhrona operacija (npr. obdelovalec zahteve) dobi svojo lastno izolirano shrambo. To zagotavlja, da podatki, povezani z eno zahtevo, ne uhajajo po nesreči v drugo, s čimer se ohranja celovitost in izolacija podatkov.

Kako deluje AsyncLocalStorage

Razred AsyncLocalStorage ponuja naslednje ključne metode:

• getStore(): Vrne trenutno shrambo, povezano s trenutnim izvajalnim kontekstom. Če shramba ne obstaja, vrne undefined.
• run(store, callback, ...args): Izvede podan callback znotraj novega asinhronega konteksta. Argument store inicializira shrambo konteksta. Vse asihrone operacije, ki jih sproži povratni klic, bodo imele dostop do te shrambe.
• enterWith(store): Vstopi v kontekst podane shrambe store. To je uporabno, kadar morate izrecno nastaviti kontekst za določen blok kode.
• disable(): Onemogoči instanco AsyncLocalStorage. Dostopanje do shrambe po onemogočanju bo povzročilo napako.

Sama shramba je preprost JavaScript objekt (ali kateri koli drug tip podatkov, ki ga izberete), ki hrani kontekstualne spremenljivke, ki jih želite upravljati. Shranjujete lahko ID-je zahtev, podatke o uporabniku ali katere koli druge podatke, ki so pomembni za trenutno operacijo.

Praktični primeri uporabe AsyncLocalStorage

Poglejmo si uporabo AsyncLocalStorage na več praktičnih primerih.

Primer 1: Sledenje ID-ju zahteve v spletnem strežniku

Predstavljajte si spletni strežnik Node.js, ki uporablja Express.js. Želimo samodejno ustvariti in slediti edinstvenemu ID-ju za vsako dohodno zahtevo. Ta ID se lahko uporablja za beleženje, sledenje in odpravljanje napak.

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(`Zahteva prejeta z ID-jem: ${requestId}`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Obdelava zahteve z ID-jem: ${requestId}`);
  res.send(`Pozdravljeni, ID zahteve: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Strežnik posluša na vratih 3000');
});

V tem primeru:

• Ustvarimo instanco AsyncLocalStorage.
• Uporabimo vmesno programsko opremo (middleware) Express za prestrezanje vsake dohodne zahteve.
• Znotraj vmesne programske opreme ustvarimo edinstven ID zahteve z uporabo uuidv4().
• Pokličemo asyncLocalStorage.run(), da ustvarimo nov asinhroni kontekst. Shrambo inicializiramo z objektom Map, ki bo vseboval naše kontekstualne spremenljivke.
• Znotraj povratnega klica run() nastavimo requestId v shrambi z uporabo asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId).
• Nato pokličemo next(), da predamo nadzor naslednji vmesni programski opremi ali obdelovalcu poti.
• V obdelovalcu poti (app.get('/')) pridobimo requestId iz shrambe z uporabo asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

Zdaj, ne glede na to, koliko asinhronih operacij se sproži znotraj obdelovalca zahteve, lahko vedno dostopate do ID-ja zahteve z uporabo asyncLocalStorage.getStore().get('requestId').

Primer 2: Avtentikacija in avtorizacija uporabnika

Drug pogost primer uporabe je upravljanje informacij o avtentikaciji in avtorizaciji uporabnika. Predpostavimo, da imate vmesno programsko opremo, ki avtenticira uporabnika in pridobi njegov ID. ID uporabnika lahko shranite v AsyncLocalStorage, tako da je na voljo naslednjim vmesnim programskim opremam in obdelovalcem poti.

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

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

// Vmesna programska oprema za avtentikacijo (primer)
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Simulacija avtentikacije uporabnika (zamenjajte s svojo dejansko logiko)
  const userId = req.headers['x-user-id'] || 'guest'; // Pridobi ID uporabnika iz glave

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    console.log(`Uporabnik avtenticiran z ID-jem: ${userId}`);
    next();
  });
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/profile', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  console.log(`Dostopanje do profila za uporabnika z ID-jem: ${userId}`);
  res.send(`Profil za uporabnika z ID-jem: ${userId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Strežnik posluša na vratih 3000');
});

V tem primeru vmesna programska oprema authenticateUser pridobi ID uporabnika (tukaj simulirano z branjem glave) in ga shrani v AsyncLocalStorage. Obdelovalec poti /profile lahko nato dostopa do ID-ja uporabnika, ne da bi ga moral prejeti kot ekspliciten parameter.

Primer 3: Upravljanje transakcij baze podatkov

V scenarijih, ki vključujejo transakcije baze podatkov, se lahko AsyncLocalStorage uporablja za upravljanje konteksta transakcije. Povezavo z bazo podatkov ali transakcijski objekt lahko shranite v AsyncLocalStorage, s čimer zagotovite, da vse operacije z bazo podatkov znotraj določene zahteve uporabljajo isto transakcijo.

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

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

// Simulacija povezave z bazo podatkov
const db = {
  query: (sql, callback) => {
    const transactionId = asyncLocalStorage.getStore()?.get('transactionId') || 'Brez transakcije';
    console.log(`Izvajanje SQL: ${sql} v transakciji: ${transactionId}`);
    // Simulacija izvajanja poizvedbe v bazi podatkov
    setTimeout(() => {
      callback(null, { success: true });
    }, 50);
  },
};

// Vmesna programska oprema za začetek transakcije
const startTransaction = (req, res, next) => {
  const transactionId = Math.random().toString(36).substring(2, 15); // Generiraj naključni ID transakcije

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('transactionId', transactionId);
    console.log(`Začenjam transakcijo: ${transactionId}`);
    next();
  });
};

app.use(startTransaction);

app.get('/data', (req, res) => {
  db.query('SELECT * FROM data', (err, result) => {
    if (err) {
      return res.status(500).send('Napaka pri poizvedbi podatkov');
    }
    res.send('Podatki uspešno pridobljeni');
  });
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Strežnik posluša na vratih 3000');
});

V tem poenostavljenem primeru:

• Vmesna programska oprema startTransaction ustvari ID transakcije in ga shrani v AsyncLocalStorage.
• Simulirana funkcija db.query pridobi ID transakcije iz shrambe in ga zabeleži, kar dokazuje, da je kontekst transakcije na voljo znotraj asinhrone operacije z bazo podatkov.

Napredna uporaba in premisleki

Vmesna programska oprema in širjenje konteksta

AsyncLocalStorage je še posebej uporaben v verigah vmesne programske opreme. Vsaka vmesna programska oprema lahko dostopa do in spreminja deljeni kontekst, kar vam omogoča enostavno gradnjo zapletenih procesnih cevovodov.

Zagotovite, da so vaše funkcije vmesne programske opreme zasnovane tako, da pravilno širijo kontekst. Uporabite asyncLocalStorage.run() ali asyncLocalStorage.enterWith() za ovijanje asinhronih operacij in ohranjanje toka konteksta.

Obravnava napak in čiščenje

Pravilno obravnavanje napak je ključnega pomena pri uporabi AsyncLocalStorage. Zagotovite, da elegantno obravnavate izjeme in počistite vse vire, povezane s kontekstom. Razmislite o uporabi blokov try...finally, da zagotovite sprostitev virov tudi v primeru napake.

Premisleki glede zmogljivosti

Čeprav AsyncLocalStorage ponuja priročen način za upravljanje konteksta, je bistveno, da se zavedate njegovih posledic za zmogljivost. Prekomerna uporaba AsyncLocalStorage lahko povzroči dodatno obremenitev, zlasti v aplikacijah z visoko prepustnostjo. Profilirajte svojo kodo, da prepoznate morebitna ozka grla in jo ustrezno optimizirate.

Izogibajte se shranjevanju velikih količin podatkov v AsyncLocalStorage. Shranjujte le potrebne kontekstualne spremenljivke. Če morate shraniti večje objekte, razmislite o shranjevanju referenc nanje namesto samih objektov.

Alternative za AsyncLocalStorage

Čeprav je AsyncLocalStorage zmogljivo orodje, obstajajo alternativni pristopi k upravljanju asinhronega konteksta, odvisno od vaših specifičnih potreb in ogrodja.

• Eksplicitno posredovanje konteksta: Kot smo že omenili, je eksplicitno posredovanje kontekstualnih spremenljivk kot argumentov funkcijam osnoven, čeprav manj eleganten pristop.
• Kontekstni objekti: Ustvarjanje namenskega kontekstnega objekta in njegovo posredovanje lahko izboljša berljivost v primerjavi s posredovanjem posameznih spremenljivk.
• Rešitve, specifične za ogrodja: Mnoga ogrodja ponujajo lastne mehanizme za upravljanje konteksta. NestJS na primer ponuja ponudnike (providers) v obsegu zahteve.

Globalna perspektiva in najboljše prakse

Pri delu z asinhronim kontekstom v globalnem smislu upoštevajte naslednje:

• Časovni pasovi: Pri obravnavi podatkov o datumu in času v kontekstu bodite pozorni na časovne pasove. Shranjujte informacije o časovnem pasu skupaj s časovnimi žigi, da se izognete dvoumnosti.
• Lokalizacija: Če vaša aplikacija podpira več jezikov, shranite uporabnikovo lokalno nastavitev v kontekst, da zagotovite prikaz vsebine v pravilnem jeziku.
• Valuta: Če vaša aplikacija obravnava finančne transakcije, shranite uporabnikovo valuto v kontekst, da zagotovite pravilen prikaz zneskov.
• Formati podatkov: Zavedajte se različnih formatov podatkov, ki se uporabljajo v različnih regijah. Na primer, formati datumov in številk se lahko znatno razlikujejo.

Zaključek

AsyncLocalStorage ponuja zmogljivo in elegantno rešitev za upravljanje spremenljivk v obsegu zahteve v asinhronih okoljih JavaScripta. Z ustvarjanjem obstojnega konteksta preko asinhronih meja poenostavlja kodo, zmanjšuje povezanost in izboljšuje vzdrževanje. Z razumevanjem njegovih zmožnosti in omejitev lahko izkoristite AsyncLocalStorage za gradnjo robustnih, razširljivih in globalno ozaveščenih aplikacij.

Obvladovanje asinhronega konteksta je ključnega pomena za vsakega razvijalca JavaScripta, ki dela z asinhrono kodo. Sprejmite AsyncLocalStorage in druge tehnike upravljanja konteksta za pisanje čistejše, bolj vzdrževane in zanesljivejše kode.