JavaScript Async Context: Begäranskopplade variabler för globala applikationer

I det ständigt föränderliga landskapet av webbutveckling kräver byggandet av robusta och skalbara applikationer, särskilt de som riktar sig till en global publik, en djup förståelse för asynkron programmering och kontexthantering. Detta blogginlägg dyker in i den fascinerande världen av JavaScript Async Context, en kraftfull teknik för att hantera begäranskopplade variabler och avsevärt förbättra prestanda, underhållbarhet och felsökningsmöjligheter i dina applikationer, särskilt inom ramen för mikrotjänster och distribuerade system.

Förstå utmaningen: Asynkrona operationer och kontextförlust

Moderna webbapplikationer bygger på asynkrona operationer. Från att hantera användarförfrågningar till att interagera med databaser, anropa API:er och utföra bakgrundsuppgifter är den asynkrona naturen hos JavaScript fundamental. Denna asynkronicitet introducerar dock en betydande utmaning: kontextförlust. När en begäran behandlas måste data relaterad till den begäran (t.ex. användar-ID, sessionsinformation, korrelations-ID för spårning) vara tillgänglig under hela bearbetningslivscykeln, även över flera asynkrona funktionsanrop.

Tänk dig ett scenario där en användare från, säg, Tokyo (Japan) skickar en begäran till en global e-handelsplattform. Begäran utlöser en serie operationer: autentisering, auktorisering, datahämtning från databasen (belägen i, kanske, Irland), orderhantering och slutligen, att skicka ett bekräftelsemejl. Utan korrekt kontexthantering skulle avgörande information som användarens lokala inställningar (för valuta- och språkformatering), begärans ursprungliga IP-adress (för säkerhet) och en unik identifierare för att spåra begäran över alla dessa tjänster gå förlorad när de asynkrona operationerna fortgår.

Traditionellt har utvecklare förlitat sig på nödlösningar som att manuellt skicka kontextvariabler genom funktionsparametrar eller använda globala variabler. Dessa metoder är dock ofta besvärliga, felbenägna och kan leda till kod som är svår att läsa och underhålla. Manuell kontextöverföring kan snabbt bli ohanterlig när antalet asynkrona operationer och nästlade funktionsanrop ökar. Globala variabler, å andra sidan, kan introducera oavsiktliga bieffekter och göra det utmanande att resonera kring applikationens tillstånd, särskilt i flertrådade miljöer eller med mikrotjänster.

Introduktion till Async Context: En kraftfull lösning

JavaScript Async Context erbjuder en renare och mer elegant lösning på problemet med kontextpropagering. Det låter dig associera data (kontext) med en asynkron operation och säkerställer att denna data automatiskt är tillgänglig genom hela exekveringskedjan, oavsett antalet asynkrona anrop eller nivån av nästling. Denna kontext är kopplad till begäran (request-scoped), vilket innebär att kontexten som är associerad med en begäran är isolerad från andra förfrågningar, vilket säkerställer dataintegritet och förhindrar korskontaminering.

Viktiga fördelar med att använda Async Context:

• Förbättrad kodläsbarhet: Minskar behovet av manuell kontextöverföring, vilket resulterar i renare och mer koncis kod.
• Förbättrad underhållbarhet: Gör det enklare att spåra och hantera kontextdata, vilket förenklar felsökning och underhåll.
• Förenklad felhantering: Möjliggör centraliserad felhantering genom att ge tillgång till kontextinformation vid felrapportering.
• Förbättrad prestanda: Optimerar resursanvändningen genom att säkerställa att rätt kontextdata finns tillgänglig när den behövs.
• Förbättrad säkerhet: Underlättar säkra operationer genom att enkelt spåra känslig information, som användar-ID och autentiseringstokens, över alla asynkrona anrop.

Implementera Async Context i Node.js (och bortom)

Även om JavaScript-språket i sig inte har en inbyggd Async Context-funktion, har flera bibliotek och tekniker dykt upp för att tillhandahålla denna funktionalitet, särskilt i Node.js-miljön. Låt oss utforska några vanliga tillvägagångssätt:

1. Modulen `async_hooks` (Node.js-kärna)

Node.js tillhandahåller en inbyggd modul kallad `async_hooks` som erbjuder lågnivå-API:er för att spåra asynkrona resurser. Den låter dig följa livscykeln för asynkrona operationer och haka in i olika händelser som skapande, före exekvering och efter exekvering. Även om `async_hooks`-modulen är kraftfull kräver den mer manuellt arbete för att implementera kontextpropagering och används vanligtvis som en byggsten för bibliotek på högre nivå.

            const async_hooks = require('async_hooks');

const context = new Map();

let executionAsyncId = 0;

const init = (asyncId, type, triggerAsyncId, resource) => {
  context.set(asyncId, {}); // Initiera ett kontextobjekt för varje asynkron operation
};

const before = (asyncId) => {
  executionAsyncId = asyncId;
};

const after = (asyncId) => {
  executionAsyncId = 0; // Rensa nuvarande exekverings-asyncId
};

const destroy = (asyncId) => {
  context.delete(asyncId); // Ta bort kontext när den asynkrona operationen är klar
};

const asyncHook = async_hooks.createHook({
  init,
  before,
  after,
  destroy,
});

asyncHook.enable();

function getContext() {
  return context.get(executionAsyncId) || {};
}

function setContext(data) {
  const currentContext = getContext();
  context.set(executionAsyncId, { ...currentContext, ...data });
}

async function doSomethingAsync() {
  const contextData = getContext();
  console.log('Inside doSomethingAsync context:', contextData);
  // ... asynkron operation ...
}

async function main() {
  // Simulera en begäran
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  setContext({ requestId });
  console.log('Outside doSomethingAsync context:', getContext());
  await doSomethingAsync();
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

Förklaring:

• `async_hooks.createHook()`: Skapar en hook som fångar upp livscykelhändelser för asynkrona resurser.
• `init`: Anropas när en ny asynkron resurs skapas. Vi använder den för att initiera ett kontextobjekt för resursen.
• `before`: Anropas precis innan en asynkron resurs callback exekveras. Vi använder den för att uppdatera exekveringskontexten.
• `after`: Anropas efter att callbacken har exekverats.
• `destroy`: Anropas när en asynkron resurs förstörs. Vi tar bort den associerade kontexten.
• `getContext()` och `setContext()`: Hjälpfunktioner för att läsa och skriva till kontextlagret.

Även om detta exempel demonstrerar de grundläggande principerna, är det ofta enklare och mer underhållbart att använda ett dedikerat bibliotek.

2. Använda biblioteken `cls-hooked` eller `continuation-local-storage`

För ett mer strömlinjeformat tillvägagångssätt erbjuder bibliotek som `cls-hooked` (eller dess föregångare `continuation-local-storage`, som `cls-hooked` bygger på) abstraktioner på högre nivå över `async_hooks`. Dessa bibliotek förenklar processen att skapa och hantera kontext. De använder vanligtvis en "store" (ofta en `Map` eller en liknande datastruktur) för att hålla kontextdata, och de propagerar automatiskt kontexten över asynkrona operationer.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function middleware(req, res, next) {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    // Resten av logiken för att hantera begäran...
    console.log('Middleware Context:', asyncLocalStorage.getStore());
    next();
  });
}

async function doSomethingAsync() {
  const store = asyncLocalStorage.getStore();
  console.log('Inside doSomethingAsync:', store);
  // ... asynkron operation ...
}

async function routeHandler(req, res) {
  console.log('Route Handler Context:', asyncLocalStorage.getStore());
  await doSomethingAsync();
  res.send('Request processed');
}

// Simulera en begäran
const request = { /*...*/ };
const response = { send: (message) => console.log('Response:', message) };

middleware(request, response, () => {
  routeHandler(request, response);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Förklaring:

• `AsyncLocalStorage`: Denna kärnklass från Node.js används för att skapa en instans för att hantera asynkron kontext.
• `asyncLocalStorage.run(context, callback)`: Denna metod används för att sätta kontexten för den angivna callback-funktionen. Den propagerar automatiskt kontexten till alla asynkrona operationer som utförs inom callbacken.
• `asyncLocalStorage.getStore()`: Denna metod används för att komma åt den nuvarande kontexten inom en asynkron operation. Den hämtar kontexten som sattes av `asyncLocalStorage.run()`.

Att använda `AsyncLocalStorage` förenklar kontexthanteringen. Den hanterar automatiskt propageringen av kontextdata över asynkrona gränser, vilket minskar mängden standardkod (boilerplate).

3. Kontextpropagering i ramverk

Många moderna webbramverk, som NestJS, Express, Koa och andra, erbjuder inbyggt stöd eller rekommenderade mönster för att implementera Async Context inom sin applikationsstruktur. Dessa ramverk integrerar ofta med bibliotek som `cls-hooked` eller tillhandahåller sina egna mekanismer för kontexthantering. Valet av ramverk avgör ofta det lämpligaste sättet att hantera begäranskopplade variabler, men de underliggande principerna förblir desamma.

Till exempel, i NestJS kan du utnyttja `REQUEST`-scope och `AsyncLocalStorage`-modulen för att hantera begäranskontext. Detta gör att du kan komma åt begäransspecifik data inom tjänster och controllers, vilket gör det enklare att hantera autentisering, loggning och andra begäransrelaterade operationer.

Praktiska exempel och användningsfall

Låt oss utforska hur Async Context kan tillämpas i flera praktiska scenarier inom globala applikationer:

1. Loggning och spårning

Föreställ dig ett distribuerat system med mikrotjänster som är utplacerade i olika regioner (t.ex. en tjänst i Singapore för asiatiska användare, en tjänst i Brasilien för sydamerikanska användare och en tjänst i Tyskland för europeiska användare). Varje tjänst hanterar en del av den totala bearbetningen av en begäran. Med hjälp av Async Context kan du enkelt generera och propagera ett unikt korrelations-ID för varje begäran när den flödar genom systemet. Detta ID kan läggas till i loggutdrag, vilket gör att du kan spåra begärans resa över flera tjänster, även över geografiska gränser.

            
// Pseudokod-exempel (Illustrativt)
const correlationId = generateCorrelationId();
asyncLocalStorage.run({ correlationId }, async () => {
  // Tjänst 1
  log('Tjänst 1: Begäran mottagen', { correlationId });
  await callService2();
});

async function callService2() {
  // Tjänst 2
  log('Tjänst 2: Bearbetar begäran', { correlationId: asyncLocalStorage.getStore().correlationId });
  // ... Anropa en databas, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

Detta tillvägagångssätt möjliggör effektiv och ändamålsenlig felsökning, prestandaanalys och övervakning av din applikation över olika geografiska platser. Överväg att använda strukturerad loggning (t.ex. JSON-format) för att underlätta parsning och sökning över olika loggningsplattformar (t.ex. ELK Stack, Splunk).

2. Autentisering och auktorisering

På en global e-handelsplattform kan användare från olika länder ha olika behörighetsnivåer. Med hjälp av Async Context kan du lagra användarens autentiseringsinformation (t.ex. användar-ID, roller, behörigheter) i kontexten. Denna information blir lättillgänglig för alla delar av applikationen under en begärans livscykel. Detta tillvägagångssätt eliminerar behovet av att upprepade gånger skicka användarens autentiseringsinformation genom funktionsanrop eller utföra flera databasfrågor för samma användare. Denna metod är särskilt användbar om din plattform stöder Single Sign-On (SSO) med identitetsleverantörer från olika länder, som Japan, Australien eller Kanada, vilket säkerställer en sömlös och säker upplevelse för användare världen över.

            
// Pseudokod
// Middleware
async function authenticateUser(req, res, next) {
  const user = await authenticate(req.headers.authorization); // Anta autentiseringslogik
  asyncLocalStorage.run({ user }, () => {
    next();
  });
}

// Inuti en route handler
function getUserData() {
  const user = asyncLocalStorage.getStore().user;
  // Få tillgång till användarinformation, t.ex. user.roles, user.country, etc.
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. Lokalisering och internationalisering (i18n)

En global applikation måste anpassa sig till användarens preferenser, inklusive språk, valuta och datum/tid-format. Genom att utnyttja Async Context kan du lagra lokala inställningar och andra användarinställningar i kontexten. Denna data propageras sedan automatiskt till alla komponenter i applikationen, vilket möjliggör dynamisk innehållsrendering, valutakonverteringar och datum/tid-formatering baserat på användarens plats eller föredragna språk. Detta gör det enklare att bygga applikationer för den internationella gemenskapen, från till exempel Argentina till Vietnam.

            
// Pseudokod
// Middleware
async function setLocale(req, res, next) {
  const userLocale = req.headers['accept-language'] || 'en-US';
  asyncLocalStorage.run({ locale: userLocale }, () => {
    next();
  });
}

// Inuti en komponent
function formatPrice(price, currency) {
  const locale = asyncLocalStorage.getStore().locale;
  // Använd ett lokaliseringsbibliotek (t.ex. Intl) för att formatera priset
  const formattedPrice = new Intl.NumberFormat(locale, { style: 'currency', currency }).format(price);
  return formattedPrice;
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. Felhantering och rapportering

När fel uppstår i en komplex, globalt distribuerad applikation är det avgörande att fånga tillräckligt med kontext för att snabbt kunna diagnostisera och lösa problemet. Genom att använda Async Context kan du berika felloggar med begäransspecifik information, som användar-ID, korrelations-ID eller till och med användarens plats. Detta gör det enklare att identifiera grundorsaken till felet och peka ut de specifika förfrågningar som påverkas. Om din applikation använder olika tredjepartstjänster, som betalningsgateways baserade i Singapore eller molnlagring i Australien, blir dessa kontextdetaljer ovärderliga vid felsökning.

            
// Pseudokod
try {
  // ... någon operation ...
} catch (error) {
  const contextData = asyncLocalStorage.getStore();
  logError(error, { ...contextData }); // Inkludera kontextinformation i felloggen
  // ... hantera felet ...
}

            

              
                Copy
              
            
          

Bästa praxis och överväganden

Även om Async Context erbjuder många fördelar är det viktigt att följa bästa praxis för att säkerställa en effektiv och underhållbar implementering:

• Använd ett dedikerat bibliotek: Utnyttja bibliotek som `cls-hooked` eller ramverksspecifika funktioner för kontexthantering för att förenkla och strömlinjeforma kontextpropagering.
• Var medveten om minnesanvändning: Stora kontextobjekt kan förbruka minne. Lagra endast den data som är nödvändig för den aktuella begäran.
• Rensa kontexter i slutet av en begäran: Se till att kontexter rensas korrekt efter att en begäran har slutförts. Detta förhindrar att kontextdata läcker till efterföljande förfrågningar.
• Tänk på felhantering: Implementera robust felhantering för att förhindra att ohanterade undantag stör kontextpropageringen.
• Testa noggrant: Skriv omfattande tester för att verifiera att kontextdata propageras korrekt över alla asynkrona operationer och i alla scenarier. Överväg att testa med användare i globala tidszoner (t.ex. testa vid olika tider på dygnet med användare i London, Peking eller New York).
• Dokumentation: Dokumentera din strategi för kontexthantering tydligt så att utvecklare kan förstå och arbeta med den effektivt. Inkludera denna dokumentation med resten av kodbasen.
• Undvik överanvändning: Använd Async Context med omdöme. Lagra inte data i kontexten som redan är tillgänglig som funktionsparametrar eller som inte är relevant för den aktuella begäran.
• Prestandaöverväganden: Även om Async Context i sig vanligtvis inte medför betydande prestandakostnader, kan de operationer du utför med data i kontexten påverka prestandan. Optimera dataåtkomst och minimera onödiga beräkningar.
• Säkerhetsöverväganden: Lagra aldrig känslig data (t.ex. lösenord) direkt i kontexten. Hantera och säkra informationen du använder i kontexten och se till att du alltid följer bästa praxis för säkerhet.

Slutsats: Stärker utvecklingen av globala applikationer

JavaScript Async Context erbjuder en kraftfull och elegant lösning för att hantera begäranskopplade variabler i moderna webbapplikationer. Genom att anamma denna teknik kan utvecklare bygga mer robusta, underhållbara och högpresterande applikationer, särskilt de som riktar sig till en global publik. Från att effektivisera loggning och spårning till att underlätta autentisering och lokalisering, låser Async Context upp många fördelar som gör det möjligt för dig att skapa verkligt skalbara och användarvänliga applikationer för internationella användare, vilket skapar en positiv inverkan på dina globala användare och din verksamhet.

Genom att förstå principerna, välja rätt verktyg (som `async_hooks` eller bibliotek som `cls-hooked`) och följa bästa praxis kan du utnyttja kraften i Async Context för att höja ditt utvecklingsarbetsflöde och skapa exceptionella användarupplevelser för en mångsidig och global användarbas. Oavsett om du bygger en mikrotjänstarkitektur, en storskalig e-handelsplattform eller ett enkelt API, är det avgörande att förstå och effektivt använda Async Context för att lyckas i dagens snabbt föränderliga värld av webbutveckling.