Асинхронне локальне сховище JavaScript: Опанування управління контекстом у межах запиту

У світі асинхронного JavaScript управління контекстом у різних операціях може стати складним завданням. Традиційні методи, як-от передача об'єктів контексту через виклики функцій, часто призводять до громіздкого та незручного коду. На щастя, асинхронне локальне сховище JavaScript (ALS) надає елегантне рішення для управління контекстом у межах запиту в асинхронних середовищах. Ця стаття заглиблюється в тонкощі ALS, розглядаючи його переваги, реалізацію та практичні сценарії використання.

Що таке асинхронне локальне сховище?

Асинхронне локальне сховище (ALS) — це механізм, який дозволяє зберігати дані, локальні для конкретного асинхронного контексту виконання. Цей контекст зазвичай пов'язаний із запитом або транзакцією. Уявляйте це як спосіб створення еквівалента локального сховища потоку (thread-local storage) для асинхронних середовищ JavaScript, таких як Node.js. На відміну від традиційного локального сховища потоку (яке не застосовується безпосередньо до однопотокового JavaScript), ALS використовує асинхронні примітиви для поширення контексту між асинхронними викликами без його явної передачі як аргументів.

Основна ідея ALS полягає в тому, що в межах певної асинхронної операції (наприклад, обробки веб-запиту) ви можете зберігати та отримувати дані, пов'язані з цією конкретною операцією, забезпечуючи ізоляцію та запобігаючи "забрудненню" контексту між різними одночасними асинхронними завданнями.

Навіщо використовувати асинхронне локальне сховище?

Існує кілька вагомих причин для впровадження асинхронного локального сховища в сучасних JavaScript-застосунках:

• Спрощене управління контекстом: Уникайте передачі об'єктів контексту через численні виклики функцій, зменшуючи громіздкість коду та покращуючи його читабельність.
• Покращена підтримка коду: Централізуйте логіку управління контекстом, що полегшує зміну та підтримку контексту застосунку.
• Покращене налагодження та трасування: Поширюйте специфічну для запиту інформацію для трасування запитів через різні рівні вашого застосунку.
• Безшовна інтеграція з Middleware: ALS добре інтегрується з патернами middleware у фреймворках, таких як Express.js, дозволяючи вам захоплювати та поширювати контекст на ранніх етапах життєвого циклу запиту.
• Зменшення шаблонного коду: Усуньте необхідність явно керувати контекстом у кожній функції, яка його потребує, що призводить до чистішого та більш сфокусованого коду.

Основні концепції та API

API асинхронного локального сховища, доступний у Node.js (версії 13.10.0 і вище) через модуль `async_hooks`, надає наступні ключові компоненти:

• Клас `AsyncLocalStorage`: Центральний клас для створення та управління екземплярами асинхронного сховища.
• Метод `run(store, callback, ...args)`: Виконує функцію в межах певного асинхронного контексту. Аргумент `store` представляє дані, пов'язані з контекстом, а `callback` — це функція, яку потрібно виконати.
• Метод `getStore()`: Отримує дані, пов'язані з поточним асинхронним контекстом. Повертає `undefined`, якщо жоден контекст не є активним.
• Метод `enterWith(store)`: Явно входить у контекст із наданим сховищем. Використовуйте з обережністю, оскільки це може ускладнити розуміння коду.
• Метод `disable()`: Вимикає екземпляр AsyncLocalStorage.

Практичні приклади та фрагменти коду

Розглянемо деякі практичні приклади використання асинхронного локального сховища в JavaScript-застосунках.

Базове використання

Цей приклад демонструє простий сценарій, де ми зберігаємо та отримуємо ID запиту в межах асинхронного контексту.

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

// Симуляція вхідних запитів
const http = require('http');

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

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

Використання ALS з Middleware в Express.js

Цей приклад показує, як інтегрувати ALS з middleware в Express.js для захоплення специфічної для запиту інформації та забезпечення її доступності протягом усього життєвого циклу запиту.

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

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

// Middleware для захоплення ID запиту
app.use((req, res, next) => {
  const requestId = Math.random().toString(36).substring(2, 15);
  asyncLocalStorage.run({ requestId }, () => {
    next();
  });
});

// Обробник маршруту
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');
});

Просунутий сценарій: Розподілене трасування

ALS може бути особливо корисним у сценаріях розподіленого трасування, де потрібно поширювати ідентифікатори трасування між кількома сервісами та асинхронними операціями. Цей приклад демонструє, як генерувати та поширювати ID трасування за допомогою 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;
}

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

  // Симуляція асинхронної операції
  setTimeout(() => {
    const nestedTraceId = getTraceId();
    console.log(`Nested Trace ID: ${nestedTraceId}`); // Має бути той самий ID трасування
  }, 50);
});

Реальні сценарії використання

Асинхронне локальне сховище — це універсальний інструмент, який можна застосовувати в різних сценаріях:

• Логування: Збагачуйте повідомлення логів специфічною для запиту інформацією, як-от ID запиту, ID користувача або ID трасування.
• Автентифікація та авторизація: Зберігайте контекст автентифікації користувача та отримуйте до нього доступ протягом усього життєвого циклу запиту.
• Транзакції бази даних: Пов'язуйте транзакції бази даних з конкретними запитами, забезпечуючи узгодженість та ізоляцію даних.
• Обробка помилок: Захоплюйте специфічний для запиту контекст помилок і використовуйте його для детального звітування про помилки та налагодження.
• A/B тестування: Зберігайте призначення експериментів і послідовно застосовуйте їх протягом сесії користувача.

Рекомендації та найкращі практики

Хоча асинхронне локальне сховище пропонує значні переваги, важливо використовувати його розсудливо та дотримуватися найкращих практик:

• Вплив на продуктивність: ALS створює невеликі накладні витрати на продуктивність через створення та управління асинхронними контекстами. Вимірюйте вплив на ваш застосунок і оптимізуйте відповідно.
• Забруднення контексту: Уникайте зберігання надмірної кількості даних в ALS, щоб запобігти витокам пам'яті та зниженню продуктивності.
• Явне управління контекстом: У деяких випадках явна передача об'єктів контексту може бути більш доречною, особливо для складних або глибоко вкладених операцій.
• Інтеграція з фреймворками: Використовуйте наявні інтеграції з фреймворками та бібліотеки, які надають підтримку ALS для поширених завдань, як-от логування та трасування.
• Обробка помилок: Впроваджуйте належну обробку помилок, щоб запобігти витокам контексту та забезпечити його коректне очищення.

Альтернативи асинхронному локальному сховищу

Хоча ALS є потужним інструментом, він не завжди є найкращим рішенням для кожної ситуації. Ось деякі альтернативи, які варто розглянути:

• Явна передача контексту: Традиційний підхід передачі об'єктів контексту як аргументів. Це може бути більш явним і легшим для розуміння, але також може призвести до громіздкого коду.
• Впровадження залежностей (Dependency Injection): Використовуйте фреймворки для впровадження залежностей для управління контекстом і залежностями. Це може покращити модульність коду та його тестування.
• Змінні контексту (пропозиція TC39): Запропонована функція ECMAScript, яка надає більш стандартизований спосіб управління контекстом. Все ще перебуває в розробці та поки що не має широкої підтримки.
• Власні рішення для управління контекстом: Розробляйте власні рішення для управління контекстом, адаптовані до конкретних вимог вашого застосунку.

Метод AsyncLocalStorage.enterWith()

Метод `enterWith()` — це більш прямий спосіб встановити контекст ALS, оминаючи автоматичне поширення, яке забезпечує `run()`. Однак його слід використовувати з обережністю. Зазвичай рекомендується використовувати `run()` для управління контекстом, оскільки він автоматично обробляє поширення контексту між асинхронними операціями. `enterWith()` може призвести до непередбачуваної поведінки, якщо використовувати його необережно.

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

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

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

// Встановлення сховища за допомогою enterWith
asyncLocalStorage.enterWith(store);

// Доступ до сховища (має спрацювати одразу після enterWith)
console.log(asyncLocalStorage.getStore());

// Виконання асинхронної функції, яка НЕ успадкує контекст автоматично
setTimeout(() => {
  // Контекст тут все ще активний, оскільки ми встановили його вручну за допомогою enterWith.
  console.log(asyncLocalStorage.getStore());
}, 1000);

// Щоб правильно очистити контекст, вам знадобиться блок try...finally
// Це демонструє, чому зазвичай краще використовувати run(), оскільки він автоматично обробляє очищення.

Поширені помилки та як їх уникнути

• Забули використати `run()`: Якщо ви ініціалізували AsyncLocalStorage, але забули обернути логіку обробки запиту в `asyncLocalStorage.run()`, контекст не буде належним чином поширений, що призведе до значень `undefined` при виклику `getStore()`.
• Неправильне поширення контексту з Promise: При використанні Promise переконайтеся, що ви очікуєте (await) асинхронні операції всередині колбеку `run()`. Якщо ви не використовуєте await, контекст може поширюватися некоректно.
• Витоки пам'яті: Уникайте зберігання великих об'єктів у контексті AsyncLocalStorage, оскільки це може призвести до витоків пам'яті, якщо контекст не очищується належним чином.
• Надмірне покладання на AsyncLocalStorage: Не використовуйте AsyncLocalStorage як глобальне рішення для управління станом. Він найкраще підходить для управління контекстом у межах запиту.

Майбутнє управління контекстом у JavaScript

Екосистема JavaScript постійно розвивається, і з'являються нові підходи до управління контекстом. Запропонована функція "Змінні контексту" (пропозиція TC39) має на меті надати більш стандартизоване та мовне рішення для управління контекстом. У міру того, як ці функції дозріватимуть і набуватимуть ширшого поширення, вони можуть запропонувати ще більш елегантні та ефективні способи обробки контексту в JavaScript-застосунках.

Висновок

Асинхронне локальне сховище JavaScript надає потужне та елегантне рішення для управління контекстом у межах запиту в асинхронних середовищах. Спрощуючи управління контекстом, покращуючи підтримку коду та розширюючи можливості налагодження, ALS може значно покращити досвід розробки застосунків на Node.js. Однак вкрай важливо розуміти основні концепції, дотримуватися найкращих практик і враховувати потенційні накладні витрати на продуктивність перед впровадженням ALS у ваших проєктах. Оскільки екосистема JavaScript продовжує розвиватися, можуть з'явитися нові та вдосконалені підходи до управління контекстом, пропонуючи ще більш складні рішення для обробки складних асинхронних сценаріїв.