JavaScript Async Local Storage: Майстерне керування контекстом запитів

У сучасній розробці на JavaScript, особливо в середовищах Node.js, що обробляють численні одночасні запити, ефективне керування контекстом між асинхронними операціями стає першочерговим завданням. Традиційні підходи часто виявляються недостатніми, що призводить до складного коду та потенційних невідповідностей даних. Саме тут на допомогу приходить JavaScript Async Local Storage (ALS), що надає потужний механізм для зберігання та отримання даних, локальних для певного асинхронного контексту виконання. Ця стаття є вичерпним посібником для розуміння та використання ALS для надійного керування контекстом запитів у ваших JavaScript-додатках.

Що таке Async Local Storage (ALS)?

Async Local Storage, доступний як основний модуль у Node.js (впроваджений у версії v13.10.0 і пізніше стабілізований), дозволяє зберігати дані, доступні протягом усього життєвого циклу асинхронної операції, наприклад, обробки веб-запиту. Уявляйте його як механізм локального сховища для потоку (thread-local storage), але адаптований до асинхронної природи JavaScript. Він надає спосіб підтримувати контекст між кількома асинхронними викликами, не передаючи його явно як аргумент до кожної функції.

Основна ідея полягає в тому, що коли починається асинхронна операція (наприклад, отримання HTTP-запиту), ви можете ініціалізувати простір для зберігання, прив'язаний до цієї операції. Будь-які подальші асинхронні виклики, ініційовані прямо чи опосередковано цією операцією, матимуть доступ до того ж простору зберігання. Це критично важливо для підтримки стану, пов'язаного з конкретним запитом або транзакцією, під час його проходження через різні частини вашого додатка.

Навіщо використовувати Async Local Storage?

Кілька ключових переваг роблять ALS привабливим рішенням для керування контекстом запитів:

• Спрощений код: Дозволяє уникнути передачі об'єктів контексту як аргументів у кожну функцію, що робить код чистішим і легшим для читання. Це особливо цінно у великих кодових базах, де підтримка послідовного поширення контексту може стати значним тягарем.
• Покращена підтримка: Зменшує ризик випадкового пропуску або неправильної передачі контексту, що призводить до створення більш надійних і легких у підтримці додатків. Завдяки централізації керування контекстом в ALS, зміни в контексті стають простішими в управлінні та менш схильними до помилок.
• Покращене налагодження: Спрощує налагодження, надаючи централізоване місце для перевірки контексту, пов'язаного з конкретним запитом. Ви можете легко відстежувати потік даних та виявляти проблеми, пов'язані з невідповідністю контексту.
• Узгодженість даних: Забезпечує постійну доступність даних протягом усієї асинхронної операції, запобігаючи станам гонитви та іншим проблемам цілісності даних. Це особливо важливо в додатках, які виконують складні транзакції або конвеєри обробки даних.
• Трасування та моніторинг: Спрощує трасування та моніторинг запитів шляхом зберігання специфічної для запиту інформації (наприклад, ID запиту, ID користувача) в ALS. Ця інформація може використовуватися для відстеження запитів під час їх проходження через різні частини системи, надаючи цінні відомості про продуктивність та частоту помилок.

Основні концепції Async Local Storage

Розуміння наступних основних концепцій є важливим для ефективного використання ALS:

• AsyncLocalStorage: Основний клас для створення та керування екземплярами ALS. Ви створюєте екземпляр AsyncLocalStorage для надання простору для зберігання, специфічного для асинхронних операцій.
• run(store, fn, ...args): Виконує надану функцію fn в контексті заданого сховища store. store — це довільне значення, яке буде доступне для всіх асинхронних операцій, ініційованих у межах fn. Наступні виклики getStore() під час виконання fn та її асинхронних нащадків повертатимуть це значення store.
• enterWith(store): Явно входить у контекст із певним сховищем store. Це менш поширений метод, ніж `run`, але може бути корисним у специфічних сценаріях, особливо при роботі з асинхронними колбеками, які не викликаються безпосередньо початковою операцією. Слід бути обережним при використанні цього методу, оскільки неправильне використання може призвести до витоку контексту.
• exit(fn): Виходить із поточного контексту. Використовується разом із `enterWith`.
• getStore(): Отримує поточне значення сховища, пов'язане з активним асинхронним контекстом. Повертає undefined, якщо сховище неактивне.
• disable(): Вимикає екземпляр AsyncLocalStorage. Після вимкнення наступні виклики `run` або `enterWith` будуть генерувати помилку. Це часто використовується під час тестування або очищення.

Практичні приклади використання Async Local Storage

Розглянемо кілька практичних прикладів, що демонструють, як використовувати ALS у різних сценаріях.

Приклад 1: Відстеження ID запиту на веб-сервері

Цей приклад демонструє, як використовувати ALS для відстеження унікального ID запиту в усіх асинхронних операціях у межах веб-запиту.

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

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

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuid.v4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    next();
  });
});

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

app.get('/another-route', async (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Handling another route with ID: ${requestId}`);

  // Simulate an asynchronous operation
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));

  const requestIdAfterAsync = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Request ID after async operation: ${requestIdAfterAsync}`);

  res.send(`Another route - Request ID: ${requestId}`);
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі:

• Створюється екземпляр AsyncLocalStorage.
• Функція middleware використовується для генерації унікального ID для кожного вхідного запиту.
• Метод asyncLocalStorage.run() виконує обробник запиту в контексті нового Map, зберігаючи ID запиту.
• ID запиту стає доступним в обробниках маршрутів через asyncLocalStorage.getStore().get('requestId'), навіть після асинхронних операцій.

Приклад 2: Аутентифікація та авторизація користувача

ALS можна використовувати для зберігання інформації про користувача після аутентифікації, роблячи її доступною для перевірок авторизації протягом усього життєвого циклу запиту.

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

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

// Mock authentication middleware
const authenticateUser = (req, res, next) => {
  // Simulate user authentication
  const userId = 123; // Example user ID
  const userRoles = ['admin', 'editor']; // Example user roles

  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('userId', userId);
    asyncLocalStorage.getStore().set('userRoles', userRoles);
    next();
  });
};

// Mock authorization middleware
const authorizeUser = (requiredRole) => {
  return (req, res, next) => {
    const userRoles = asyncLocalStorage.getStore().get('userRoles') || [];

    if (userRoles.includes(requiredRole)) {
      next();
    } else {
      res.status(403).send('Unauthorized');
    }
  };
};

app.use(authenticateUser);

app.get('/admin', authorizeUser('admin'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Admin page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/editor', authorizeUser('editor'), (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Editor page - User ID: ${userId}`);
});

app.get('/public', (req, res) => {
  const userId = asyncLocalStorage.getStore().get('userId');
  res.send(`Public page - User ID: ${userId}`); // Still accessible
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі:

• Middleware authenticateUser симулює аутентифікацію користувача та зберігає ID користувача та його ролі в ALS.
• Middleware authorizeUser перевіряє, чи має користувач необхідну роль, отримуючи ролі користувача з ALS.
• ID користувача доступний у всіх маршрутах після аутентифікації.

Приклад 3: Управління транзакціями бази даних

ALS можна використовувати для управління транзакціями бази даних, гарантуючи, що всі операції з базою даних у межах одного запиту виконуються в рамках однієї транзакції.

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

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

// Configure Sequelize
const sequelize = new Sequelize('database', 'user', 'password', {
  dialect: 'sqlite',
  storage: ':memory:', // Use in-memory database for example
  logging: false,
});

// Define a model
const User = sequelize.define('User', {
  username: Sequelize.STRING,
});

// Middleware to manage transactions
const transactionMiddleware = async (req, res, next) => {
  const transaction = await sequelize.transaction();

  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('transaction', transaction);
    try {
      await next();
      await transaction.commit();
    } catch (error) {
      await transaction.rollback();
      console.error('Transaction rolled back:', error);
      res.status(500).send('Transaction failed');
    }
  });
};

app.use(transactionMiddleware);

app.post('/users', async (req, res) => {
  const transaction = asyncLocalStorage.getStore().get('transaction');

  try {
    // Example: Create a user
    const user = await User.create({
      username: 'testuser',
    }, { transaction });

    res.status(201).send(`User created with ID: ${user.id}`);
  } catch (error) {
    console.error('Error creating user:', error);
    throw error; // Propagate the error to trigger rollback
  }
});

// Sync the database and start the server
sequelize.sync().then(() => {
  app.listen(3000, () => {
    console.log('Server listening on port 3000');
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі:

• Middleware transactionMiddleware створює транзакцію Sequelize та зберігає її в ALS.
• Усі операції з базою даних в обробнику запиту отримують транзакцію з ALS і використовують її.
• Якщо виникає будь-яка помилка, транзакція відкочується, забезпечуючи узгодженість даних.

Розширене використання та міркування

Окрім базових прикладів, розгляньте ці розширені патерни використання та важливі міркування при роботі з ALS:

• Вкладення екземплярів ALS: Ви можете вкладати екземпляри ALS для створення ієрархічних контекстів. Однак пам'ятайте про потенційну складність і переконайтеся, що межі контексту чітко визначені. Належне тестування є обов'язковим при використанні вкладених екземплярів ALS.
• Вплив на продуктивність: Хоча ALS пропонує значні переваги, важливо знати про потенційні накладні витрати на продуктивність. Створення та доступ до простору для зберігання може мати невеликий вплив на продуктивність. Профілюйте свій додаток, щоб переконатися, що ALS не є вузьким місцем.
• Витік контексту: Неправильне керування контекстом може призвести до витоку контексту, коли дані з одного запиту ненавмисно стають доступними для іншого. Це особливо актуально при використанні enterWith та exit. Ретельні практики кодування та ґрунтовне тестування є ключовими для запобігання витоку контексту. Розгляньте можливість використання правил лінтингу або інструментів статичного аналізу для виявлення потенційних проблем.
• Інтеграція з логуванням та моніторингом: ALS можна безшовно інтегрувати з системами логування та моніторингу для отримання цінної інформації про поведінку вашого додатка. Включайте ID запиту або іншу релевантну контекстну інформацію у ваші повідомлення в логах, щоб полегшити налагодження та усунення несправностей. Розгляньте можливість використання таких інструментів, як OpenTelemetry, для автоматичного поширення контексту між сервісами.
• Альтернативи ALS: Хоча ALS є потужним інструментом, він не завжди є найкращим рішенням для кожного сценарію. Розгляньте альтернативні підходи, такі як явна передача об'єктів контексту або використання впровадження залежностей, якщо вони краще відповідають потребам вашого додатка. Оцініть компроміси між складністю, продуктивністю та зручністю супроводу при виборі стратегії управління контекстом.

Глобальні перспективи та міжнародні аспекти

При розробці додатків для глобальної аудиторії важливо враховувати наступні міжнародні аспекти при використанні ALS:

• Часові пояси: Зберігайте інформацію про часовий пояс в ALS, щоб дати та час відображалися коректно для користувачів у різних часових поясах. Використовуйте бібліотеки, такі як Moment.js або Luxon, для обробки конвертації часових поясів. Наприклад, ви можете зберігати бажаний часовий пояс користувача в ALS після його входу в систему.
• Локалізація: Зберігайте бажану мову та локаль користувача в ALS, щоб додаток відображався правильною мовою. Використовуйте бібліотеку локалізації, таку як i18next, для управління перекладами. Локаль користувача може використовуватися для форматування чисел, дат і валют відповідно до його культурних уподобань.
• Валюта: Зберігайте бажану валюту користувача в ALS, щоб ціни відображалися коректно. Використовуйте бібліотеку конвертації валют для обробки перерахунку. Відображення цін у місцевій валюті користувача може покращити його досвід використання та збільшити коефіцієнт конверсії.
• Правила конфіденційності даних: Пам'ятайте про правила конфіденційності даних, такі як GDPR, при зберіганні даних користувача в ALS. Переконайтеся, що ви зберігаєте лише ті дані, які необхідні для роботи додатка, і що ви обробляєте їх безпечно. Впроваджуйте відповідні заходи безпеки для захисту даних користувача від несанкціонованого доступу.

Висновок

JavaScript Async Local Storage надає надійне та елегантне рішення для керування контекстом запитів в асинхронних JavaScript-додатках. Зберігаючи специфічні для контексту дані в ALS, ви можете спростити свій код, покращити його підтримку та розширити можливості налагодження. Розуміння основних концепцій та найкращих практик, викладених у цьому посібнику, дозволить вам ефективно використовувати ALS для створення масштабованих та надійних додатків, здатних впоратися зі складнощами сучасного асинхронного програмування. Завжди пам'ятайте про можливий вплив на продуктивність та потенційні проблеми витоку контексту, щоб забезпечити оптимальну продуктивність та безпеку вашого додатка. Використання ALS відкриває новий рівень ясності та контролю в управлінні асинхронними потоками, що в кінцевому підсумку призводить до більш ефективного та легкого в підтримці коду.