JavaScript Async Local Storage: Obvladovanje upravljanja konteksta na ravni zahteve

V svetu asinhronega JavaScripta lahko upravljanje konteksta med različnimi operacijami postane zapleten izziv. Tradicionalne metode, kot je posredovanje kontekstnih objektov skozi klice funkcij, pogosto vodijo do obširne in okorne kode. Na srečo JavaScript Async Local Storage (ALS) ponuja elegantno rešitev za upravljanje konteksta na ravni zahteve v asinhronih okoljih. Ta članek se poglobi v podrobnosti ALS, raziskuje njegove prednosti, implementacijo in primere uporabe v praksi.

Kaj je asinhroni lokalni pomnilnik?

Asinhroni lokalni pomnilnik (Async Local Storage - ALS) je mehanizem, ki omogoča shranjevanje podatkov, ki so lokalni za določen asinhroni izvajalni kontekst. Ta kontekst je običajno povezan z zahtevo ali transakcijo. Predstavljajte si ga kot način za ustvarjanje ekvivalenta lokalnega pomnilnika niti (thread-local storage) za asinhrona okolja JavaScripta, kot je Node.js. Za razliko od tradicionalnega lokalnega pomnilnika niti (ki ni neposredno uporaben v enonitnem JavaScriptu), ALS izkorišča asinhrone primitive za širjenje konteksta med asinhronimi klici, ne da bi ga bilo treba eksplicitno posredovati kot argumente.

Osnovna ideja za ALS je, da lahko znotraj določene asinhrone operacije (npr. obdelava spletne zahteve) shranjujete in pridobivate podatke, povezane s to specifično operacijo, kar zagotavlja izolacijo in preprečuje onesnaženje konteksta med različnimi sočasnimi asinhronimi nalogami.

Zakaj uporabljati asinhroni lokalni pomnilnik?

Več prepričljivih razlogov spodbuja uporabo asinhronega lokalnega pomnilnika v sodobnih aplikacijah JavaScript:

• Poenostavljeno upravljanje konteksta: Izogibajte se posredovanju kontekstnih objektov skozi več klicev funkcij, s čimer zmanjšate obširnost kode in izboljšate berljivost.
• Izboljšana vzdrževalnost kode: Centralizirajte logiko upravljanja konteksta, kar olajša spreminjanje in vzdrževanje konteksta aplikacije.
• Izboljšano odpravljanje napak in sledenje: Širite informacije, specifične za zahtevo, za sledenje zahtev skozi različne plasti vaše aplikacije.
• Brezšivna integracija z vmesno programsko opremo (middleware): ALS se dobro integrira z vzorci vmesne programske opreme v ogrodjih, kot je Express.js, kar omogoča zajemanje in širjenje konteksta zgodaj v življenjskem ciklu zahteve.
• Manj ponavljajoče se kode (boilerplate): Odpravite potrebo po eksplicitnem upravljanju konteksta v vsaki funkciji, ki ga potrebuje, kar vodi do čistejše in bolj osredotočene kode.

Osnovni koncepti in API

API za asinhroni lokalni pomnilnik, ki je na voljo v Node.js (različica 13.10.0 in novejše) preko modula `async_hooks`, ponuja naslednje ključne komponente:

• Razred `AsyncLocalStorage`: Osrednji razred za ustvarjanje in upravljanje primerkov asinhronega pomnilnika.
• Metoda `run(store, callback, ...args)`: Izvrši funkcijo znotraj določenega asinhronega konteksta. Argument `store` predstavlja podatke, povezane s kontekstom, `callback` pa je funkcija, ki se bo izvedla.
• Metoda `getStore()`: Pridobi podatke, povezane s trenutnim asinhronim kontekstom. Vrne `undefined`, če noben kontekst ni aktiven.
• Metoda `enterWith(store)`: Eksplicitno vstopi v kontekst z danim pomnilnikom. Uporabljajte previdno, saj lahko oteži sledenje kodi.
• Metoda `disable()`: Onemogoči primerek AsyncLocalStorage.

Praktični primeri in odlomki kode

Poglejmo si nekaj praktičnih primerov uporabe asinhronega lokalnega pomnilnika v aplikacijah JavaScript.

Osnovna uporaba

Ta primer prikazuje preprost scenarij, kjer shranjujemo in pridobivamo ID zahteve znotraj asinhronega konteksta.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function processRequest(req, res) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);

  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // Simulacija asinhronih operacij
    setTimeout(() => {
      const currentContext = asyncLocalStorage.getStore();
      console.log(`Request ID: ${currentContext.requestId}`);
      res.end(`Request processed with ID: ${currentContext.requestId}`);
    }, 100);
  });
}

// Simulacija dohodnih zahtev
const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  processRequest(req, res);
});

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

Uporaba ALS z vmesno programsko opremo Express.js

Ta primer prikazuje, kako integrirati ALS z vmesno programsko opremo Express.js za zajemanje informacij, specifičnih za zahtevo, in jih omogočiti skozi celoten življenjski cikel zahteve.

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

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

// Vmesna programska oprema za zajem ID-ja zahteve
app.use((req, res, next) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    next();
  });
});

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

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

Napreden primer uporabe: porazdeljeno sledenje

ALS je lahko še posebej uporaben v scenarijih porazdeljenega sledenja, kjer morate širiti ID-je sledenja med več storitvami in asinhronimi operacijami. Ta primer prikazuje, kako generirati in širiti ID sledenja z uporabo ALS.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function generateTraceId() {
  return uuidv4();
}

function withTrace(callback) {
  const traceId = generateTraceId();
  asyncLocalStorage.run({ traceId }, callback);
}

function getTraceId() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  return store ? store.traceId : null;
}

// Primer uporabe
withTrace(() => {
  const traceId = getTraceId();
  console.log(`Trace ID: ${traceId}`);

  // Simulacija asinhrone operacije
  setTimeout(() => {
    const nestedTraceId = getTraceId();
    console.log(`Nested Trace ID: ${nestedTraceId}`); // Moral bi biti isti ID sledenja
  }, 50);
});

Primeri uporabe v praksi

Asinhroni lokalni pomnilnik je vsestransko orodje, ki ga je mogoče uporabiti v različnih scenarijih:

• Beleženje (logging): Obogatite sporočila v dnevnikih z informacijami, specifičnimi za zahtevo, kot so ID zahteve, ID uporabnika ali ID sledenja.
• Avtentikacija in avtorizacija: Shranite kontekst avtentikacije uporabnika in dostopajte do njega skozi celoten življenjski cikel zahteve.
• Podatkovne transakcije: Povežite podatkovne transakcije s specifičnimi zahtevami, kar zagotavlja konsistentnost in izolacijo podatkov.
• Obravnava napak: Zajmite kontekst napake, specifičen za zahtevo, in ga uporabite za podrobno poročanje o napakah in odpravljanje napak.
• A/B testiranje: Shranite dodelitve eksperimentov in jih dosledno uporabljajte skozi celotno sejo uporabnika.

Premisleki in najboljše prakse

Čeprav asinhroni lokalni pomnilnik ponuja pomembne prednosti, je ključnega pomena, da ga uporabljate preudarno in se držite najboljših praks:

• Vpliv na zmogljivost: ALS uvaja majhen vpliv na zmogljivost zaradi ustvarjanja in upravljanja asinhronih kontekstov. Izmerite vpliv na vašo aplikacijo in jo ustrezno optimizirajte.
• Onesnaženje konteksta: Izogibajte se shranjevanju prevelikih količin podatkov v ALS, da preprečite uhajanje pomnilnika in poslabšanje zmogljivosti.
• Eksplicitno upravljanje konteksta: V nekaterih primerih je lahko eksplicitno posredovanje kontekstnih objektov primernejše, zlasti pri zapletenih ali globoko gnezdenih operacijah.
• Integracija z ogrodji: Izkoristite obstoječe integracije z ogrodji in knjižnice, ki nudijo podporo za ALS za pogoste naloge, kot sta beleženje in sledenje.
• Obravnava napak: Implementirajte pravilno obravnavo napak, da preprečite uhajanje konteksta in zagotovite, da so konteksti ALS pravilno počiščeni.

Alternative asinhronemu lokalnemu pomnilniku

Čeprav je ALS močno orodje, ni vedno najboljša izbira za vsako situacijo. Tu je nekaj alternativ, ki jih je vredno razmisliti:

• Eksplicitno posredovanje konteksta: Tradicionalni pristop posredovanja kontekstnih objektov kot argumentov. To je lahko bolj eksplicitno in lažje razumljivo, vendar lahko vodi do obširne kode.
• Vbrizgavanje odvisnosti (Dependency Injection): Uporabite ogrodja za vbrizgavanje odvisnosti za upravljanje konteksta in odvisnosti. To lahko izboljša modularnost in testiranje kode.
• Kontekstne spremenljivke (predlog TC39): Predlagana funkcija ECMAScript, ki ponuja bolj standardiziran način za upravljanje konteksta. Še vedno v razvoju in še ni široko podprta.
• Rešitve za upravljanje konteksta po meri: Razvijte rešitve za upravljanje konteksta po meri, prilagojene specifičnim zahtevam vaše aplikacije.

Metoda AsyncLocalStorage.enterWith()

Metoda `enterWith()` je bolj neposreden način za nastavitev konteksta ALS, ki zaobide samodejno širjenje, ki ga zagotavlja `run()`. Vendar pa jo je treba uporabljati previdno. Na splošno je priporočljivo uporabljati `run()` za upravljanje konteksta, saj samodejno poskrbi za širjenje konteksta med asinhronimi operacijami. `enterWith()` lahko vodi do nepričakovanega obnašanja, če se ne uporablja pazljivo.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

const store = { data: 'Some Data' };

// Nastavitev pomnilnika z uporabo enterWith
asyncLocalStorage.enterWith(store);

// Dostop do pomnilnika (moral bi delovati takoj po enterWith)
console.log(asyncLocalStorage.getStore());

// Izvedba asinhrone funkcije, ki NE bo samodejno podedovala konteksta
setTimeout(() => {
  // Kontekst je tukaj ŠE VEDNO aktiven, ker smo ga ročno nastavili z enterWith.
  console.log(asyncLocalStorage.getStore());
}, 1000);

// Za pravilno čiščenje konteksta bi potrebovali blok try...finally
// To kaže, zakaj je `run()` običajno boljša izbira, saj samodejno poskrbi za čiščenje.

Pogoste pasti in kako se jim izogniti

• Pozabite uporabiti `run()`: Če inicializirate AsyncLocalStorage, a pozabite svojo logiko obdelave zahteve oviti v `asyncLocalStorage.run()`, se kontekst ne bo pravilno širil, kar bo vodilo do vrednosti `undefined` pri klicanju `getStore()`.
• Nepravilno širjenje konteksta z obljubami (Promises): Pri uporabi obljub se prepričajte, da znotraj povratnega klica `run()` čakate na asinhrone operacije (z `await`). Če ne čakate, se kontekst morda ne bo pravilno širil.
• Uhajanje pomnilnika (Memory Leaks): Izogibajte se shranjevanju velikih objektov v kontekst AsyncLocalStorage, saj lahko povzročijo uhajanje pomnilnika, če kontekst ni pravilno počiščen.
• Prekomerno zanašanje na AsyncLocalStorage: Ne uporabljajte AsyncLocalStorage kot rešitve za globalno upravljanje stanja. Najbolje je primeren za upravljanje konteksta na ravni zahteve.

Prihodnost upravljanja konteksta v JavaScriptu

Ekosistem JavaScripta se nenehno razvija in pojavljajo se novi pristopi k upravljanju konteksta. Predlagana funkcija kontekstnih spremenljivk (predlog TC39) želi zagotoviti bolj standardizirano rešitev na ravni jezika za upravljanje konteksta. Ko bodo te funkcije dozorele in pridobile širšo podporo, bodo morda ponudile še bolj elegantne in učinkovite načine za obravnavo konteksta v aplikacijah JavaScript.

Zaključek

JavaScript Async Local Storage ponuja močno in elegantno rešitev za upravljanje konteksta na ravni zahteve v asinhronih okoljih. S poenostavitvijo upravljanja konteksta, izboljšanjem vzdrževalnosti kode in izboljšanjem zmožnosti odpravljanja napak lahko ALS bistveno izboljša razvojno izkušnjo za aplikacije Node.js. Vendar pa je ključnega pomena razumeti osnovne koncepte, se držati najboljših praks in upoštevati morebiten vpliv na zmogljivost, preden ALS vključite v svoje projekte. Ker se ekosistem JavaScripta še naprej razvija, se lahko pojavijo novi in izboljšani pristopi k upravljanju konteksta, ki bodo ponudili še bolj sofisticirane rešitve za obravnavo zapletenih asinhronih scenarijev.