JavaScript Async Local Storage: Obvladovanje upravljanja konteksta v asinhronih okoljih

Asinhrono programiranje je temelj sodobnega JavaScripta, zlasti v Node.js za strežniške aplikacije in vse bolj tudi v brskalniku. Vendar pa je upravljanje konteksta – podatkov, specifičnih za zahtevo, uporabniško sejo ali transakcijo – prek asinhronih operacij lahko zahtevno. Standardne tehnike, kot je posredovanje podatkov prek klicev funkcij, lahko postanejo okorne in nagnjene k napakam, zlasti v zapletenih aplikacijah. Tukaj nastopi Async Local Storage (ALS) kot močna rešitev.

Kaj je Async Local Storage (ALS)?

Async Local Storage (ALS) omogoča shranjevanje podatkov, ki so lokalni za določeno asinhrono operacijo. Predstavljajte si ga kot "thread-local storage" v drugih programskih jezikih, vendar prilagojen enonitnemu, dogodkovno vodenemu modelu JavaScripta. ALS vam omogoča, da podatke povežete s trenutnim asinhronim izvajalnim kontekstom, kar jih naredi dostopne v celotni asinhroni klicni verigi, ne da bi jih bilo treba eksplicitno posredovati kot argumente.

V bistvu ALS ustvari prostor za shranjevanje, ki se samodejno prenaša skozi asinhrone operacije, sprožene znotraj istega konteksta. To poenostavi upravljanje konteksta in bistveno zmanjša ponavljajočo se kodo (boilerplate), potrebno za ohranjanje stanja prek asinhronih meja.

Zakaj uporabljati Async Local Storage?

ALS ponuja več ključnih prednosti pri asinhronem razvoju v JavaScriptu:

• Poenostavljeno upravljanje konteksta: Izognete se posredovanju kontekstnih spremenljivk skozi več klicev funkcij, kar zmanjša nered v kodi in izboljša berljivost.
• Izboljšano odpravljanje napak: Enostavno sledite podatkom, specifičnim za zahtevo, skozi celoten asinhroni klicni sklad, kar olajša odpravljanje napak in reševanje težav.
• Manj ponavljajoče se kode: Odpravite potrebo po ročnem prenašanju konteksta, kar vodi do čistejše in lažje vzdrževane kode.
• Povečana zmogljivost: Prenašanje konteksta se izvaja samodejno, kar zmanjšuje obremenitev zmogljivosti, povezano z ročnim posredovanjem konteksta.
• Centraliziran dostop do konteksta: Zagotavlja enotno, dobro definirano lokacijo za dostop do kontekstnih podatkov, kar poenostavlja dostop in spreminjanje.

Primeri uporabe za Async Local Storage

ALS je še posebej uporaben v scenarijih, kjer morate slediti podatkom, specifičnim za zahteve, prek asinhronih operacij. Tu je nekaj pogostih primerov uporabe:

1. Sledenje zahtevam v spletnih strežnikih

V spletnem strežniku se lahko vsaka dohodna zahteva obravnava kot ločen asinhroni kontekst. ALS se lahko uporabi za shranjevanje informacij, specifičnih za zahtevo, kot so ID zahteve, ID uporabnika, avtentikacijski žeton in drugi relevantni podatki. To vam omogoča enostaven dostop do teh informacij iz katerega koli dela vaše aplikacije, ki obravnava zahtevo, vključno z vmesno programsko opremo (middleware), krmilniki in poizvedbami v bazi podatkov.

Primer (Node.js z 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(`Request ${requestId} started`);
    next();
  });
});

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

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

V tem primeru je vsaki dohodni zahtevi dodeljen edinstven ID zahteve, ki je shranjen v Async Local Storage. Do tega ID-ja lahko nato dostopate iz katerega koli dela obdelovalca zahteve, kar vam omogoča sledenje zahteve skozi celoten njen življenjski cikel.

2. Upravljanje uporabniških sej

ALS se lahko uporablja tudi za upravljanje uporabniških sej. Ko se uporabnik prijavi, lahko shranite podatke o uporabniški seji (npr. ID uporabnika, vloge, dovoljenja) v ALS. To vam omogoča enostaven dostop do podatkov o uporabniški seji iz katerega koli dela vaše aplikacije, ki jih potrebuje, ne da bi jih morali posredovati kot argumente.

Primer:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Simulacija avtentikacije
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('User authenticated, session stored in 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(`Async operation: User ID: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Async operation: No user session found');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

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

main();

V tem primeru se po uspešni avtentikaciji uporabniška seja shrani v ALS. Funkcija `someAsyncOperation` lahko nato dostopa do teh podatkov o seji, ne da bi jih bilo treba eksplicitno posredovati kot argument.

3. Upravljanje transakcij

Pri transakcijah z bazo podatkov se lahko ALS uporabi za shranjevanje transakcijskega objekta. To vam omogoča dostop do transakcijskega objekta iz katerega koli dela vaše aplikacije, ki sodeluje v transakciji, kar zagotavlja, da se vse operacije izvajajo znotraj istega obsega transakcije.

4. Dnevniški zapisi in revizija

ALS se lahko uporablja za shranjevanje informacij, specifičnih za kontekst, za namene dnevniških zapisov in revizije. Na primer, v ALS lahko shranite ID uporabnika, ID zahteve in časovni žig, nato pa te informacije vključite v svoja sporočila v dnevnik. To olajša sledenje dejavnosti uporabnikov in prepoznavanje morebitnih varnostnih težav.

Kako uporabljati Async Local Storage

Uporaba Async Local Storage vključuje tri glavne korake:

1. Ustvarite instanco AsyncLocalStorage: Ustvarite instanco razreda `AsyncLocalStorage`.
2. Zaženite kodo znotraj konteksta: Uporabite metodo `run()` za izvajanje kode znotraj določenega konteksta. Metoda `run()` sprejme dva argumenta: shrambo (običajno Map ali objekt) in povratno funkcijo (callback). Shramba bo na voljo vsem asinhronim operacijam, sproženim znotraj povratne funkcije.
3. Dostopite do shrambe: Uporabite metodo `getStore()` za dostop do shrambe znotraj asinhronega konteksta.

Primer:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

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

main();

API za AsyncLocalStorage

Razred `AsyncLocalStorage` ponuja naslednje metode:

• constructor(): Ustvari novo instanco AsyncLocalStorage.
• run(store, callback, ...args): Zažene podano povratno funkcijo znotraj konteksta, kjer je na voljo dana shramba. Shramba je običajno `Map` ali navaden JavaScript objekt. Vse asinhrone operacije, sprožene znotraj povratne funkcije, bodo podedovale ta kontekst. Povratni funkciji se lahko posredujejo dodatni argumenti.
• getStore(): Vrne trenutno shrambo za trenutni asinhroni kontekst. Vrne `undefined`, če s trenutnim kontekstom ni povezana nobena shramba.
• disable(): Onemogoči instanco AsyncLocalStorage. Ko je onemogočena, `run()` in `getStore()` ne bosta več delovala.

Premisleki in najboljše prakse

Čeprav je ALS močno orodje, ga je pomembno uporabljati preudarno. Tu je nekaj premislekov in najboljših praks:

• Izogibajte se pretirani uporabi: Ne uporabljajte ALS za vse. Uporabite ga le, kadar morate slediti kontekstu prek asinhronih meja. Razmislite o enostavnejših rešitvah, kot so običajne spremenljivke, če konteksta ni treba prenašati skozi asinhrone klice.
• Zmogljivost: Čeprav je ALS na splošno učinkovit, lahko pretirana uporaba vpliva na zmogljivost. Po potrebi izmerite in optimizirajte svojo kodo. Bodite pozorni na velikost shrambe, ki jo postavljate v ALS. Veliki objekti lahko vplivajo na zmogljivost, zlasti če se sproži veliko asinhronih operacij.
• Upravljanje konteksta: Poskrbite za pravilno upravljanje življenjskega cikla shrambe. Ustvarite novo shrambo za vsako zahtevo ali sejo in jo počistite, ko ni več potrebna. Čeprav ALS sam pomaga pri upravljanju obsega, podatki *znotraj* shrambe še vedno zahtevajo pravilno obravnavo in sproščanje pomnilnika (garbage collection).
• Obravnava napak: Bodite pozorni na obravnavo napak. Če se znotraj asinhrone operacije pojavi napaka, se lahko kontekst izgubi. Razmislite o uporabi blokov try-catch za obravnavo napak in zagotovitev pravilnega ohranjanja konteksta.
• Odpravljanje napak: Odpravljanje napak v aplikacijah, ki temeljijo na ALS, je lahko zahtevno. Uporabite orodja za odpravljanje napak in dnevniške zapise za sledenje toka izvajanja in prepoznavanje morebitnih težav.
• Združljivost: ALS je na voljo v Node.js različici 14.5.0 in novejših. Pred uporabo se prepričajte, da vaše okolje podpira ALS. Za starejše različice Node.js razmislite o uporabi alternativnih rešitev, kot je continuation-local storage (CLS), čeprav imajo te lahko drugačne značilnosti glede zmogljivosti in API-jev.

Alternative za Async Local Storage

Pred uvedbo ALS so se razvijalci pogosto zanašali na druge tehnike za upravljanje konteksta v asinhronem JavaScriptu. Tu je nekaj pogostih alternativ:

• Eksplicitno posredovanje konteksta: Posredovanje kontekstnih spremenljivk kot argumentov vsaki funkciji v klicni verigi. Ta pristop je preprost, vendar lahko postane dolgočasen in nagnjen k napakam v zapletenih aplikacijah. Prav tako otežuje preoblikovanje kode (refactoring), saj spreminjanje kontekstnih podatkov zahteva spreminjanje podpisa številnih funkcij.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS ponuja podobno funkcionalnost kot ALS, vendar temelji na drugačnem mehanizmu. CLS uporablja "monkey-patching" za prestrezanje asinhronih operacij in prenašanje konteksta. Ta pristop je lahko bolj zapleten in lahko vpliva na zmogljivost.
• Knjižnice in ogrodja: Nekatere knjižnice in ogrodja ponujajo lastne mehanizme za upravljanje konteksta. Na primer, Express.js ponuja vmesno programsko opremo za upravljanje podatkov, specifičnih za zahtevo.

Čeprav so te alternative lahko v določenih situacijah uporabne, ALS ponuja elegantnejšo in učinkovitejšo rešitev za upravljanje konteksta v asinhronem JavaScriptu.

Zaključek

Async Local Storage (ALS) je močno orodje za upravljanje konteksta v asinhronih JavaScript aplikacijah. Z zagotavljanjem načina za shranjevanje podatkov, ki so lokalni za določeno asinhrono operacijo, ALS poenostavlja upravljanje konteksta, izboljšuje odpravljanje napak in zmanjšuje ponavljajočo se kodo. Ne glede na to, ali gradite spletni strežnik, upravljate uporabniške seje ali obravnavate transakcije z bazo podatkov, vam lahko ALS pomaga pisati čistejšo, lažje vzdrževano in učinkovitejšo kodo.

Asinhrono programiranje postaja v JavaScriptu vse bolj razširjeno, zato je razumevanje orodij, kot je ALS, vse bolj ključno. Z razumevanjem njegove pravilne uporabe in omejitev lahko razvijalci ustvarijo robustnejše in lažje upravljane aplikacije, ki se lahko prilagajajo in širijo glede na različne potrebe uporabnikov po vsem svetu. Eksperimentirajte z ALS v svojih projektih in odkrijte, kako lahko poenostavi vaše asinhrone delovne tokove in izboljša celotno arhitekturo vaše aplikacije.

Dodatni viri

• Dokumentacija za Node.js AsyncLocalStorage
• npm paket async-local-storage (za starejše različice Node.js)
• Async Local Storage v Node.js - YouTube