Asinhroni kontekst v JavaScriptu: Demistifikacija spremenljivk, vezanih na zahtevek

Asinhrono programiranje je temelj sodobnega JavaScripta, zlasti v okoljih, kot je Node.js, kjer je obravnavanje sočasnih zahtevkov ključnega pomena. Vendar pa lahko upravljanje stanja in odvisnosti med asinhronimi operacijami hitro postane zapleteno. Spremenljivke, vezane na zahtevek, ki so dostopne skozi celoten življenjski cikel posameznega zahtevka, ponujajo zmogljivo rešitev. Ta članek se poglablja v koncept asinhronega konteksta v JavaScriptu, osredotoča se na spremenljivke, vezane na zahtevek, in tehnike za njihovo učinkovito upravljanje. Raziskali bomo različne pristope, od nativnih modulov do knjižnic tretjih oseb, ter ponudili praktične primere in vpoglede, ki vam bodo pomagali graditi robustne in vzdržljive aplikacije.

Razumevanje asinhronega konteksta v JavaScriptu

Enonitna narava JavaScripta, skupaj z zanko dogodkov, omogoča neblokirajoče operacije. Ta asinhronost je bistvena za gradnjo odzivnih aplikacij. Vendar pa prinaša tudi izzive pri upravljanju konteksta. V sinhronskem okolju so spremenljivke naravno omejene na funkcije in bloke. Nasprotno pa so lahko asinhrone operacije razpršene po več funkcijah in iteracijah zanke dogodkov, kar otežuje ohranjanje doslednega izvajalnega konteksta.

Predstavljajte si spletni strežnik, ki hkrati obravnava več zahtevkov. Vsak zahtevek potrebuje svoj nabor podatkov, kot so informacije o avtentikaciji uporabnika, ID-ji zahtevkov za beleženje in povezave z bazo podatkov. Brez mehanizma za izolacijo teh podatkov tvegate poškodbe podatkov in nepričakovano obnašanje. Tu pridejo v poštev spremenljivke, vezane na zahtevek.

Kaj so spremenljivke, vezane na zahtevek?

Spremenljivke, vezane na zahtevek, so spremenljivke, specifične za posamezen zahtevek ali transakcijo znotraj asinhronega sistema. Omogočajo shranjevanje in dostopanje do podatkov, ki so pomembni samo za trenutni zahtevek, ter zagotavljajo izolacijo med sočasnimi operacijami. Predstavljajte si jih kot namenski prostor za shranjevanje, pritrjen na vsak dohodni zahtevek, ki vztraja med asinhronimi klici, izvedenimi pri obravnavi tega zahtevka. To je ključnega pomena za ohranjanje integritete podatkov in predvidljivosti v asinhronih okoljih.

Tukaj je nekaj ključnih primerov uporabe:

• Avtentikacija uporabnika: Shranjevanje podatkov o uporabniku po avtentikaciji, tako da so na voljo vsem kasnejšim operacijam znotraj življenjskega cikla zahtevka.
• ID-ji zahtevkov za beleženje in sledenje: Dodeljevanje edinstvenega ID-ja vsakemu zahtevku in njegovo prenašanje skozi sistem za povezovanje sporočil dnevnika in sledenje poti izvajanja.
• Povezave z bazo podatkov: Upravljanje povezav z bazo podatkov na ravni zahtevka za zagotavljanje ustrezne izolacije in preprečevanje uhajanja povezav.
• Nastavitve konfiguracije: Shranjevanje specifičnih konfiguracijskih nastavitev za posamezen zahtevek, do katerih lahko dostopajo različni deli aplikacije.
• Upravljanje transakcij: Upravljanje transakcijskega stanja znotraj enega zahtevka.

Pristopi k implementaciji spremenljivk, vezanih na zahtevek

Za implementacijo spremenljivk, vezanih na zahtevek, v JavaScriptu obstaja več pristopov. Vsak pristop ima svoje prednosti in slabosti glede kompleksnosti, zmogljivosti in združljivosti. Raziščimo nekatere najpogostejše tehnike.

1. Ročno prenašanje konteksta

Najosnovnejši pristop vključuje ročno posredovanje kontekstnih informacij kot argumentov vsaki asinhroni funkciji. Čeprav je metoda enostavna za razumevanje, lahko hitro postane okorna in nagnjena k napakam, zlasti pri globoko vgnezdenih asinhronih klicih.

Primer:

function handleRequest(req, res) {
  const userId = authenticateUser(req);
  processData(userId, req, res);
}

function processData(userId, req, res) {
  fetchDataFromDatabase(userId, (err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, req, res);
    }
    renderResponse(data, userId, req, res);
  });
}

function renderResponse(data, userId, req, res) {
  // Use userId to personalize the response
  res.end(`Hello, user ${userId}! Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

Kot lahko vidite, ročno posredujemo `userId`, `req` in `res` vsaki funkciji. To postane vse težje upravljati pri bolj zapletenih asinhronih tokovih.

Slabosti:

• Odvečna koda: Eksplicitno posredovanje konteksta vsaki funkciji ustvarja veliko ponavljajoče se kode.
• Nagnjenost k napakam: Zlahka pozabimo posredovati kontekst, kar vodi do hroščev.
• Težave pri preoblikovanju: Spreminjanje konteksta zahteva modifikacijo podpisov vseh funkcij.
• Tesna povezanost: Funkcije postanejo tesno povezane s specifičnim kontekstom, ki ga prejmejo.

2. AsyncLocalStorage (Node.js v14.5.0+)

Node.js je predstavil `AsyncLocalStorage` kot vgrajen mehanizem za upravljanje konteksta med asinhronimi operacijami. Omogoča shranjevanje podatkov, ki so dostopni skozi celoten življenjski cikel asinhrone naloge. To je na splošno priporočen pristop za sodobne aplikacije Node.js. `AsyncLocalStorage` deluje prek metod `run` in `enterWith` za zagotavljanje pravilnega prenašanja konteksta.

Primer:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function handleRequest(req, res) {
  const requestId = generateRequestId();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    processData(res);
  });
}

function processData(res) {
  fetchDataFromDatabase((err, data) => {
    if (err) {
      return handleError(err, res);
    }
    renderResponse(data, res);
  });
}

function fetchDataFromDatabase(callback) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  // ... fetch data using the request ID for logging/tracing
  setTimeout(() => {
    callback(null, { message: 'Data from database' });
  }, 100);
}

function renderResponse(data, res) {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.end(`Request ID: ${requestId}, Data: ${JSON.stringify(data)}`);
}

V tem primeru `asyncLocalStorage.run` ustvari nov kontekst (predstavljen z objektom `Map`) in izvede podano povratno funkcijo znotraj tega konteksta. `requestId` se shrani v kontekst in je dostopen v `fetchDataFromDatabase` in `renderResponse` z uporabo `asyncLocalStorage.getStore().get('requestId')`. Na podoben način je na voljo tudi `req`. Anonimna funkcija ovije glavno logiko. Vsaka asinhrona operacija znotraj te funkcije bo samodejno podedovala kontekst.

Prednosti:

• Vgrajeno: V sodobnih različicah Node.js niso potrebne zunanje odvisnosti.
• Samodejno prenašanje konteksta: Kontekst se samodejno prenaša med asinhronimi operacijami.
• Tipska varnost: Uporaba TypeScripta lahko pomaga izboljšati tipsko varnost pri dostopanju do kontekstnih spremenljivk.
• Jasna ločitev odgovornosti: Funkcijam ni treba eksplicitno poznati konteksta.

Slabosti:

• Zahteva Node.js v14.5.0 ali novejšo: Starejše različice Node.js niso podprte.
• Majhen vpliv na zmogljivost: Obstaja majhen vpliv na zmogljivost, povezan s preklapljanjem konteksta.
• Ročno upravljanje shrambe: Metoda `run` zahteva posredovanje objekta za shranjevanje, zato je treba za vsak zahtevek ustvariti `Map` ali podoben objekt.

3. cls-hooked (Continuation-Local Storage)

`cls-hooked` je knjižnica, ki zagotavlja "continuation-local storage" (CLS), kar omogoča povezovanje podatkov s trenutnim izvajalnim kontekstom. Že vrsto let je priljubljena izbira za upravljanje spremenljivk, vezanih na zahtevek, v Node.js in je starejša od nativne rešitve `AsyncLocalStorage`. Čeprav je `AsyncLocalStorage` zdaj na splošno bolj priporočljiv, ostaja `cls-hooked` veljavna možnost, zlasti za starejše kodne baze ali pri podpori starejših različic Node.js. Vendar ne pozabite, da ima vpliv na zmogljivost.

Primer:

const cls = require('cls-hooked');
const namespace = cls.createNamespace('my-app');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

cls.getNamespace = () => namespace;

const express = require('express');
const app = express();

app.use((req, res, next) => {
  namespace.run(() => {
    const requestId = uuidv4();
    namespace.set('requestId', requestId);
    namespace.set('request', req);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = namespace.get('requestId');
  console.log(`Request ID: ${requestId}`);
  res.send(`Hello, Request ID: ${requestId}`);
});

app.get('/data', (req, res) => {
  const requestId = namespace.get('requestId');

  setTimeout(() => {
    // Simulate asynchronous operation
    console.log(`Asynchronous operation - Request ID: ${requestId}`);
    res.send(`Data, Request ID: ${requestId}`);
  }, 500);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

V tem primeru `cls.createNamespace` ustvari imenski prostor za shranjevanje podatkov, vezanih na zahtevek. Vmesna programska oprema ovije vsak zahtevek v `namespace.run`, ki vzpostavi kontekst za zahtevek. `namespace.set` shrani `requestId` v kontekst, `namespace.get` pa ga kasneje pridobi v obdelovalcu zahtevka in med simulirano asinhrono operacijo. UUID se uporablja za ustvarjanje edinstvenih ID-jev zahtevkov.

Prednosti:

• Široko uporabljeno: `cls-hooked` je bil dolga leta priljubljena izbira in ima veliko skupnost.
• Enostaven API: API je razmeroma enostaven za uporabo in razumevanje.
• Podpira starejše različice Node.js: Združljiv je s starejšimi različicami Node.js.

Slabosti:

• Vpliv na zmogljivost: `cls-hooked` temelji na "monkey-patchingu", kar lahko povzroči padec zmogljivosti. To je lahko pomembno pri aplikacijah z visoko prepustnostjo.
• Možnost konfliktov: "Monkey-patching" lahko povzroči konflikte z drugimi knjižnicami.
• Skrbi glede vzdrževanja: Ker je `AsyncLocalStorage` nativna rešitev, bo prihodnji razvoj verjetno osredotočen nanjo.

4. Zone.js

Zone.js je knjižnica, ki zagotavlja izvajalni kontekst, ki ga je mogoče uporabiti za sledenje asinhronim operacijam. Čeprav je znana predvsem po uporabi v Angularju, se lahko Zone.js uporablja tudi v Node.js za upravljanje spremenljivk, vezanih na zahtevek. Vendar pa je to bolj zapletena in težja rešitev v primerjavi z `AsyncLocalStorage` ali `cls-hooked` in na splošno ni priporočljiva, razen če Zone.js že uporabljate v svoji aplikaciji.

Prednosti:

• Celovit kontekst: Zone.js zagotavlja zelo celovit izvajalni kontekst.
• Integracija z Angularjem: Brezhibna integracija z aplikacijami Angular.

Slabosti:

• Kompleksnost: Zone.js je kompleksna knjižnica s strmo učno krivuljo.
• Vpliv na zmogljivost: Zone.js lahko povzroči pomemben padec zmogljivosti.
• Prekomerno za preproste spremenljivke, vezane na zahtevek: Je prekomerna rešitev za preprosto upravljanje spremenljivk, vezanih na zahtevek.

5. Vmesna programska oprema (Middleware)

V ogrodjih za spletne aplikacije, kot je Express.js, vmesna programska oprema (middleware) omogoča priročen način za prestrezanje zahtevkov in izvajanje dejanj, preden dosežejo obdelovalce poti. Z vmesno programsko opremo lahko nastavite spremenljivke, vezane na zahtevek, in jih omogočite kasnejši vmesni programski opremi in obdelovalcem poti. To se pogosto kombinira z eno od drugih metod, kot je `AsyncLocalStorage`.

Primer (uporaba AsyncLocalStorage z vmesno programsko opremo Express):

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

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

// Middleware to set request-scoped variables
app.use((req, res, next) => {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    const requestId = uuidv4();
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('request', req);
    next();
  });
});

// Route handler
app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  res.send(`Hello! Request ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server listening on port 3000');
});

Ta primer prikazuje, kako uporabiti vmesno programsko opremo za nastavitev `requestId` v `AsyncLocalStorage`, preden zahtevek doseže obdelovalec poti. Obdelovalec poti lahko nato dostopa do `requestId` iz `AsyncLocalStorage`.

Prednosti:

• Centralizirano upravljanje konteksta: Vmesna programska oprema zagotavlja centralizirano mesto za upravljanje spremenljivk, vezanih na zahtevek.
• Jasna ločitev odgovornosti: Obdelovalcem poti ni treba neposredno sodelovati pri nastavljanju konteksta.
• Enostavna integracija z ogrodji: Vmesna programska oprema je dobro integrirana z ogrodji za spletne aplikacije, kot je Express.js.

Slabosti:

• Zahteva ogrodje: Ta pristop je primarno primeren za ogrodja spletnih aplikacij, ki podpirajo vmesno programsko opremo.
• Odvisnost od drugih tehnik: Vmesno programsko opremo je običajno treba kombinirati z eno od drugih tehnik (npr. `AsyncLocalStorage`, `cls-hooked`), da se kontekst dejansko shrani in prenaša.

Najboljše prakse za uporabo spremenljivk, vezanih na zahtevek

Tukaj je nekaj najboljših praks, ki jih je treba upoštevati pri uporabi spremenljivk, vezanih na zahtevek:

• Izberite pravi pristop: Izberite pristop, ki najbolj ustreza vašim potrebam, ob upoštevanju dejavnikov, kot so različica Node.js, zahteve glede zmogljivosti in kompleksnost. Na splošno je `AsyncLocalStorage` priporočena rešitev za sodobne aplikacije Node.js.
• Uporabljajte dosledno poimenovanje: Uporabljajte dosledno poimenovanje za svoje spremenljivke, vezane na zahtevek, da izboljšate berljivost in vzdrževanje kode. Na primer, vse take spremenljivke začnite s predpono `req_`.
• Dokumentirajte svoj kontekst: Jasno dokumentirajte namen vsake spremenljivke, vezane na zahtevek, in kako se uporablja znotraj aplikacije.
• Izogibajte se neposrednemu shranjevanju občutljivih podatkov: Razmislite o šifriranju ali maskiranju občutljivih podatkov, preden jih shranite v kontekst zahtevka. Izogibajte se neposrednemu shranjevanju skrivnosti, kot so gesla.
• Počistite kontekst: V nekaterih primerih boste morda morali počistiti kontekst po obdelavi zahtevka, da se izognete uhajanju pomnilnika ali drugim težavam. Pri `AsyncLocalStorage` se kontekst samodejno počisti, ko se zaključi povratna funkcija `run`, pri drugih pristopih, kot je `cls-hooked`, pa boste morda morali imenski prostor počistiti eksplicitno.
• Bodite pozorni na zmogljivost: Zavedajte se vpliva uporabe spremenljivk, vezanih na zahtevek, na zmogljivost, zlasti pri pristopih, kot je `cls-hooked`, ki temeljijo na "monkey-patchingu". Temeljito preizkusite svojo aplikacijo, da prepoznate in odpravite morebitna ozka grla.
• Uporabite TypeScript za tipsko varnost: Če uporabljate TypeScript, ga izkoristite za definiranje strukture konteksta zahtevka in zagotavljanje tipske varnosti pri dostopanju do kontekstnih spremenljivk. To zmanjša napake in izboljša vzdrževanje.
• Razmislite o uporabi knjižnice za beleženje: Integrirajte svoje spremenljivke, vezane na zahtevek, s knjižnico za beleženje, da samodejno vključite kontekstne informacije v svoja sporočila dnevnika. To olajša sledenje zahtevkov in odpravljanje napak. Priljubljene knjižnice, kot sta Winston in Morgan, podpirajo prenašanje konteksta.
• Uporabite korelacijske ID-je za porazdeljeno sledenje: Pri delu z mikrostoritvami ali porazdeljenimi sistemi uporabite korelacijske ID-je za sledenje zahtevkov med več storitvami. Korelacijski ID se lahko shrani v kontekst zahtevka in posreduje drugim storitvam prek HTTP glav ali drugih mehanizmov.

Primeri iz resničnega sveta

Oglejmo si nekaj primerov iz resničnega sveta, kako se lahko spremenljivke, vezane na zahtevek, uporabljajo v različnih scenarijih:

• Spletna trgovina: V spletni trgovini lahko uporabite spremenljivke, vezane na zahtevek, za shranjevanje informacij o nakupovalni košarici uporabnika, kot so izdelki v košarici, naslov za dostavo in način plačila. Do teh informacij lahko dostopajo različni deli aplikacije, kot so katalog izdelkov, postopek zaključka nakupa in sistem za obdelavo naročil.
• Finančna aplikacija: V finančni aplikaciji lahko uporabite spremenljivke, vezane na zahtevek, za shranjevanje informacij o uporabnikovem računu, kot so stanje na računu, zgodovina transakcij in naložbeni portfelj. Do teh informacij lahko dostopajo različni deli aplikacije, kot so sistem za upravljanje računov, platforma za trgovanje in sistem za poročanje.
• Zdravstvena aplikacija: V zdravstveni aplikaciji lahko uporabite spremenljivke, vezane na zahtevek, za shranjevanje informacij o pacientu, kot so pacientova zdravstvena zgodovina, trenutna zdravila in alergije. Do teh informacij lahko dostopajo različni deli aplikacije, kot so elektronski zdravstveni karton (EHR), sistem za predpisovanje in diagnostični sistem.
• Globalni sistem za upravljanje vsebin (CMS): CMS, ki upravlja vsebino v več jezikih, lahko shrani uporabnikov preferirani jezik v spremenljivke, vezane na zahtevek. To aplikaciji omogoča samodejno postrežbo vsebine v pravilnem jeziku skozi celotno sejo uporabnika. To zagotavlja lokalizirano izkušnjo in spoštuje jezikovne preference uporabnika.
• Večnajemniška SaaS aplikacija: V aplikaciji "Programska oprema kot storitev" (SaaS), ki služi več najemnikom, se lahko ID najemnika shrani v spremenljivke, vezane na zahtevek. To aplikaciji omogoča izolacijo podatkov in virov za vsakega najemnika, kar zagotavlja zasebnost in varnost podatkov. To je ključno za ohranjanje integritete večnajemniške arhitekture.

Zaključek

Spremenljivke, vezane na zahtevek, so dragoceno orodje za upravljanje stanja in odvisnosti v asinhronih aplikacijah JavaScript. Z zagotavljanjem mehanizma za izolacijo podatkov med sočasnimi zahtevki pomagajo zagotavljati integriteto podatkov, izboljšujejo vzdrževanje kode in poenostavljajo odpravljanje napak. Čeprav je ročno prenašanje konteksta mogoče, sodobne rešitve, kot je `AsyncLocalStorage` v Node.js, ponujajo bolj robusten in učinkovit način za obravnavo asinhronega konteksta. Skrbna izbira pravega pristopa, upoštevanje najboljših praks in integracija spremenljivk, vezanih na zahtevek, z orodji za beleženje in sledenje lahko močno izboljšajo kakovost in zanesljivost vaše asinhrone kode JavaScript. Asinhroni konteksti lahko postanejo še posebej uporabni v arhitekturah mikrostoritev.

Ker se ekosistem JavaScripta nenehno razvija, je poznavanje najnovejših tehnik za upravljanje asinhronega konteksta ključnega pomena za gradnjo razširljivih, vzdržljivih in robustnih aplikacij. `AsyncLocalStorage` ponuja čisto in zmogljivo rešitev za spremenljivke, vezane na zahtevek, in njegova uporaba je zelo priporočljiva za nove projekte. Vendar pa je razumevanje prednosti in slabosti različnih pristopov, vključno s starejšimi rešitvami, kot je `cls-hooked`, pomembno za vzdrževanje in migracijo obstoječih kodnih baz. Sprejmite te tehnike, da ukrotite zapletenost asinhronega programiranja in zgradite bolj zanesljive in učinkovite aplikacije JavaScript za globalno občinstvo.