JavaScript Async Local Storage: Bemästra kontext-hantering i asynkrona miljöer

Asynkron programmering är grundläggande för modern JavaScript, särskilt i Node.js för server-side-applikationer och i allt högre grad i webbläsaren. Att hantera kontext – data som är specifik för en förfrågan, användarsession eller transaktion – över asynkrona operationer kan dock vara utmanande. Standardtekniker som att skicka data genom funktionsanrop kan bli krångliga och felbenägna, särskilt i komplexa applikationer. Det är här Async Local Storage (ALS) kommer in som en kraftfull lösning.

Vad är Async Local Storage (ALS)?

Async Local Storage (ALS) erbjuder ett sätt att lagra data som är lokal för en specifik asynkron operation. Tänk på det som trådlokal lagring (thread-local storage) i andra programmeringsspråk, men anpassat för JavaScripts entrådiga, händelsedrivna modell. ALS låter dig associera data med den aktuella asynkrona exekveringskontexten, vilket gör den tillgänglig över hela den asynkrona anropskedjan utan att explicit skicka den som argument.

I grund och botten skapar ALS ett lagringsutrymme som automatiskt propageras genom asynkrona operationer som initieras inom samma kontext. Detta förenklar kontexthantering och minskar avsevärt den standardkod (boilerplate) som krävs för att upprätthålla tillstånd över asynkrona gränser.

Varför använda Async Local Storage?

ALS erbjuder flera viktiga fördelar vid asynkron JavaScript-utveckling:

• Förenklad kontexthantering: Undvik att skicka kontextvariabler genom flera funktionsanrop, vilket minskar kodröran och förbättrar läsbarheten.
• Förbättrad felsökning: Spåra enkelt förfrågningsspecifik data genom hela den asynkrona anropsstacken, vilket underlättar felsökning och problemlösning.
• Minskad standardkod (boilerplate): Eliminera behovet av att manuellt propagera kontext, vilket leder till renare och mer underhållbar kod.
• Förbättrad prestanda: Kontextpropagering hanteras automatiskt, vilket minimerar prestanda-overheaden som är associerad med manuell kontextöverföring.
• Centraliserad kontextåtkomst: Ger en enda, väldefinierad plats för att komma åt kontextdata, vilket förenklar åtkomst och modifiering.

Användningsfall för Async Local Storage

ALS är särskilt användbart i scenarier där du behöver spåra förfrågningsspecifik data över asynkrona operationer. Här är några vanliga användningsfall:

1. Spårning av förfrågningar i webbservrar

I en webbserver kan varje inkommande förfrågan behandlas som en separat asynkron kontext. ALS kan användas för att lagra förfrågningsspecifik information, såsom förfrågnings-ID, användar-ID, autentiseringstoken och annan relevant data. Detta gör att du enkelt kan komma åt denna information från vilken del av din applikation som helst som hanterar förfrågan, inklusive middleware, controllers och databasfrågor.

Exempel (Node.js med 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(`Förfrågan ${requestId} startad`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Hanterar förfrågan ${requestId}`);
  res.send(`Hej, Förfrågnings-ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Servern lyssnar på port 3000');
});

I detta exempel tilldelas varje inkommande förfrågan ett unikt förfrågnings-ID, som lagras i Async Local Storage. Detta ID kan sedan nås från vilken del av förfrågningshanteraren som helst, vilket gör att du kan spåra förfrågan genom hela dess livscykel.

2. Hantering av användarsessioner

ALS kan också användas för att hantera användarsessioner. När en användare loggar in kan du lagra användarens sessionsdata (t.ex. användar-ID, roller, behörigheter) i ALS. Detta gör att du enkelt kan komma åt användarens sessionsdata från vilken del av din applikation som helst som behöver den, utan att behöva skicka den som argument.

Exempel:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Simulera autentisering
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('Användare autentiserad, session lagrad i 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(`Asynkron operation: Användar-ID: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Asynkron operation: Ingen användarsession hittades');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

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

main();

I detta exempel, efter en lyckad autentisering, lagras användarsessionen i ALS. Funktionen `someAsyncOperation` kan sedan komma åt denna sessionsdata utan att den behöver skickas explicit som ett argument.

3. Transaktionshantering

Vid databastransaktioner kan ALS användas för att lagra transaktionsobjektet. Detta gör att du kan komma åt transaktionsobjektet från vilken del av din applikation som helst som deltar i transaktionen, vilket säkerställer att alla operationer utförs inom samma transaktionsomfång.

4. Loggning och granskning

ALS kan användas för att lagra kontextspecifik information för loggnings- och granskningsändamål. Till exempel kan du lagra användar-ID, förfrågnings-ID och tidsstämpel i ALS, och sedan inkludera denna information i dina loggmeddelanden. Detta gör det lättare att spåra användaraktivitet och identifiera potentiella säkerhetsproblem.

Hur man använder Async Local Storage

Att använda Async Local Storage innefattar tre huvudsteg:

1. Skapa en AsyncLocalStorage-instans: Skapa en instans av klassen `AsyncLocalStorage`.
2. Kör kod inom en kontext: Använd metoden `run()` för att exekvera kod inom en specifik kontext. Metoden `run()` tar två argument: ett 'store' (vanligtvis en Map eller ett objekt) och en callback-funktion. Detta 'store' kommer att vara tillgängligt för alla asynkrona operationer som initieras inom callback-funktionen.
3. Åtkomst till 'store': Använd metoden `getStore()` för att komma åt ditt 'store' inifrån den asynkrona kontexten.

Exempel:

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

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

main();

AsyncLocalStorage API

Klassen `AsyncLocalStorage` tillhandahåller följande metoder:

• constructor(): Skapar en ny AsyncLocalStorage-instans.
• run(store, callback, ...args): Kör den angivna callback-funktionen inom en kontext där det givna 'store' är tillgängligt. Detta 'store' är vanligtvis en `Map` eller ett vanligt JavaScript-objekt. Alla asynkrona operationer som initieras inom callback-funktionen kommer att ärva denna kontext. Ytterligare argument kan skickas till callback-funktionen.
• getStore(): Returnerar det aktuella 'store' för den nuvarande asynkrona kontexten. Returnerar `undefined` om inget 'store' är associerat med den aktuella kontexten.
• disable(): Inaktiverar AsyncLocalStorage-instansen. När den är inaktiverad kommer `run()` och `getStore()` inte längre att fungera.

Att tänka på och bästa praxis

Även om ALS är ett kraftfullt verktyg är det viktigt att använda det med omdöme. Här är några saker att tänka på och bästa praxis:

• Undvik överanvändning: Använd inte ALS för allt. Använd det endast när du behöver spåra kontext över asynkrona gränser. Överväg enklare lösningar som vanliga variabler om kontexten inte behöver propageras genom asynkrona anrop.
• Prestanda: Även om ALS generellt är effektivt kan överdriven användning påverka prestandan. Mät och optimera din kod vid behov. Var medveten om storleken på det 'store' du placerar i ALS. Stora objekt kan påverka prestandan, särskilt om många asynkrona operationer initieras.
• Kontexthantering: Se till att du hanterar livscykeln för ditt 'store' korrekt. Skapa ett nytt 'store' för varje förfrågan eller session och städa upp det när det inte längre behövs. Även om ALS i sig hjälper till att hantera scope, kräver datan inom ditt 'store' fortfarande korrekt hantering och skräpinsamling (garbage collection).
• Felhantering: Var uppmärksam på felhantering. Om ett fel inträffar inom en asynkron operation kan kontexten gå förlorad. Överväg att använda try-catch-block för att hantera fel och säkerställa att kontexten bibehålls korrekt.
• Felsökning: Att felsöka ALS-baserade applikationer kan vara utmanande. Använd felsökningsverktyg och loggning för att spåra exekveringsflödet och identifiera potentiella problem.
• Kompatibilitet: ALS är tillgängligt i Node.js version 14.5.0 och senare. Se till att din miljö stöder ALS innan du använder det. För äldre versioner av Node.js, överväg att använda alternativa lösningar som continuation-local storage (CLS), även om dessa kan ha andra prestandaegenskaper och API:er.

Alternativ till Async Local Storage

Innan introduktionen av ALS förlitade sig utvecklare ofta på andra tekniker för att hantera kontext i asynkron JavaScript. Här är några vanliga alternativ:

• Explicit kontextöverföring: Att skicka kontextvariabler som argument till varje funktion i anropskedjan. Detta tillvägagångssätt är enkelt men kan bli tråkigt och felbenäget i komplexa applikationer. Det gör också refaktorering svårare, eftersom en ändring av kontextdata kräver att signaturen för många funktioner modifieras.
• Continuation-Local Storage (CLS): CLS erbjuder en liknande funktionalitet som ALS, men den är baserad på en annan mekanism. CLS använder monkey-patching för att fånga upp asynkrona operationer och propagera kontexten. Detta tillvägagångssätt kan vara mer komplext och kan ha prestandakonsekvenser.
• Bibliotek och ramverk: Vissa bibliotek och ramverk tillhandahåller sina egna mekanismer för kontexthantering. Till exempel erbjuder Express.js middleware för att hantera förfrågningsspecifik data.

Även om dessa alternativ kan vara användbara i vissa situationer, erbjuder ALS en mer elegant och effektiv lösning för att hantera kontext i asynkron JavaScript.

Sammanfattning

Async Local Storage (ALS) är ett kraftfullt verktyg för att hantera kontext i asynkrona JavaScript-applikationer. Genom att erbjuda ett sätt att lagra data som är lokal för en specifik asynkron operation, förenklar ALS kontexthantering, förbättrar felsökning och minskar standardkod. Oavsett om du bygger en webbserver, hanterar användarsessioner eller sköter databastransaktioner, kan ALS hjälpa dig att skriva renare, mer underhållbar och mer effektiv kod.

Asynkron programmering blir alltmer utbredd i JavaScript, vilket gör förståelsen för verktyg som ALS allt viktigare. Genom att förstå dess korrekta användning och begränsningar kan utvecklare skapa mer robusta och hanterbara applikationer som kan skalas och anpassas till olika användarbehov globalt. Experimentera med ALS i dina projekt och upptäck hur det kan förenkla dina asynkrona arbetsflöden och förbättra din övergripande applikationsarkitektur.

Ytterligare resurser

• Node.js AsyncLocalStorage-dokumentation
• async-local-storage npm-paket (för äldre Node.js-versioner)
• Async Local Storage i Node.js - YouTube