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        使用 Node.js 的 Async Hooks ??樽纷僖觳阶试?/h2>

        2021-01-26    作者:五月君编程    来源:Nodejs技术栈    阅读:

        作者简介:五月君,Software Designer,公众号「Nodejs技术栈」作者。
        Async Hooks 功能是 Node.js v8.x 版本新增加的一个核心???,它提供了 API 用来追踪 Node.js 程序中异步资源的声明周期,可在多个异步调用之间共享数据,本文从最基本入门篇开始学习,之后会有在某些场景下具体应用实践篇介绍。
        executionAsyncId 和 triggerAsyncId
        async hooks ??樘峁┝?executionAsyncId() 函数标志当前执行上下文的异步资源 Id,下文使用 asyncId 表示?;褂幸桓?triggerAsyncId() 函数来标志当前执行上下文被触发的异步资源 Id,也就是当前异步资源是由哪个异步资源创建的。每个异步资源都会生成 asyncId,该 id 会呈递增的方式生成,且在 Node.js 当前实例里全局唯一。
        const asyncHooks = require('async_hooks'); 
        const fs = require('fs'); 
        const asyncId = () => asyncHooks.executionAsyncId(); 
        const triggerAsyncId = () => asyncHooks.triggerAsyncId(); 
         
        console.log(`Global asyncId: ${asyncHooks.executionAsyncId()}, Global triggerAsyncId: ${triggerAsyncId()}`); 
         
        fs.open('hello.txt', (err, res) => { 
          console.log(`fs.open asyncId: ${asyncId()}, fs.open triggerAsyncId: ${triggerAsyncId()}`); 
        }); 
        下面是我们运行的结果,全局的 asyncId 为 1,fs.open 回调里打印的 triggerAsyncId 为 1 由全局触发。
        Global asyncId: 1, Global triggerAsyncId: 0 
        fs.open asyncId: 5, fs.open triggerAsyncId: 1 
        默认未开启的 Promise 执行跟踪
        默认情况下,由于 V8 提供的 promise introspection API 相对消耗性能,Promise 的执行没有分配 asyncId。这意味着默认情况下,使用了 Promise 或 Async/Await 的程序将不能正确的执行和触发 Promise 回调上下文的 ID。即得不到当前异步资源 asyncId 也得不到当前异步资源是由哪个异步资源创建的 triggerAsyncId,如下所示:
        Promise.resolve().then(() => { 
          // Promise asyncId: 0. Promise triggerAsyncId: 0 
          console.log(`Promise asyncId: ${asyncId()}. Promise triggerAsyncId: ${triggerAsyncId()}`); 
        }) 
        通过 asyncHooks.createHook 创建一个 hooks 对象启用 Promise 异步跟踪。
        const hooks = asyncHooks.createHook({}); 
        hooks.enable(); 
         
        Promise.resolve().then(() => { 
          // Promise asyncId: 7. Promise triggerAsyncId: 6 
          console.log(`Promise asyncId: ${asyncId()}. Promise triggerAsyncId: ${triggerAsyncId()}`); 
        }) 
        异步资源的生命周期
        asyncHooks 的 createHook() 方法返回一个用于启用(enable)和禁用(disable)hooks 的实例,该方法接收 init/before/after/destory 四个回调来标志一个异步资源从初始化、回调调用之前、回调调用之后、销毁整个生命周期过程。
        init(初始化)
        当构造一个可能发出异步事件的类时调用。
        async:异步资源唯一 id
        type:异步资源类型,对应于资源的构造函数名称,更多类型参考 async_hooks_type
        triggerAsyncId:当前异步资源由哪个异步资源创建的异步资源 id
        resource:初始化的异步资源
        /** 
         * Called when a class is constructed that has the possibility to emit an asynchronous event. 
         * @param asyncId a unique ID for the async resource 
         * @param type the type of the async resource 
         * @param triggerAsyncId the unique ID of the async resource in whose execution context this async resource was created 
         * @param resource reference to the resource representing the async operation, needs to be released during destroy 
         */ 
        init?(asyncId: number, type: string, triggerAsyncId: number, resource: object): void; 
        before(回调函数调用前)
        当启动异步操作(例如 TCP 服务器接收新链接)或完成异步操作(例如将数据写入磁盘)时,系统将调用回调来通知用户,也就是我们写的业务回调函数。在这之前会先触发 before 回调。
        /** 
         * When an asynchronous operation is initiated or completes a callback is called to notify the user. 
         * The before callback is called just before said callback is executed. 
         * @param asyncId the unique identifier assigned to the resource about to execute the callback. 
         */ 
        before?(asyncId: number): void; 
        after(回调函数调用后)
        当回调处理完成之后触发 after 回调,如果回调出现未捕获异常,则在触发 uncaughtException 事件或域(domain)处理之后触发 after 回调。
        /** 
         * Called immediately after the callback specified in before is completed. 
         * @param asyncId the unique identifier assigned to the resource which has executed the callback. 
         */ 
        after?(asyncId: number): void; 
        destory(销毁)
        当 asyncId 对应的异步资源被销毁后调用 destroy 回调。一些资源的销毁依赖于垃圾回收,因此如果对传递给 init 回调的资源对象有引用,则有可能永远不会调用 destory 从而导致应用程序中出现内存泄漏。如果资源不依赖垃圾回收,这将不会有问题。
        /** 
         * Called after the resource corresponding to asyncId is destroyed 
         * @param asyncId a unique ID for the async resource 
         */ 
        destroy?(asyncId: number): void; 
        promiseResolve
        当传递给 Promise 构造函数的 resolve() 函数执行时触发 promiseResolve 回调。
        /** 
          * Called when a promise has resolve() called. This may not be in the same execution id 
          * as the promise itself. 
          * @param asyncId the unique id for the promise that was resolve()d. 
          */ 
        promiseResolve?(asyncId: number): void; 
        以下代码会触发两次 promiseResolve() 回调,第一次是我们直接调用的 resolve() 函数,第二次是在 .then() 里虽然我们没有显示的调用,但是它也会返回一个 Promise 所以还会被再次调用。
        const hooks = asyncHooks.createHook({ 
          promiseResolve(asyncId) { 
            syncLog('promiseResolve: ', asyncId); 
          } 
        }); 
        new Promise((resolve) => resolve(true)).then((a) => {}); 
         
        // 输出结果 
        promiseResolve:  2 
        promiseResolve:  3 
        注意 init 回调里写日志造成 “栈溢出” 问题
        一个异步资源的生命周期中第一个阶段 init 回调是当构造一个可能发出异步事件的类时会调用,要注意由于使用 console.log() 输出日志到控制台是一个异步操作,在 AsyncHooks 回调函数中使用类似的异步操作将会再次触发 init 回调函数,进而导致无限递归出现 RangeError: Maximum call stack size exceeded 错误,也就是 “ 栈溢出”。
        调试时,一个简单的记录日志的方式是使用 fs.writeFileSync() 以同步的方式写入日志,这将不会触发 AsyncHooks 的 init 回调函数。
        const syncLog = (...args) => fs.writeFileSync('log.txt', `${util.format(...args)}\n`, { flag: 'a' }); 
        const hooks = asyncHooks.createHook({ 
          init(asyncId, type, triggerAsyncId, resource) { 
            syncLog('init: ', asyncId, type, triggerAsyncId) 
          } 
        }); 
        hooks.enable(); 
         
        fs.open('hello.txt', (err, res) => { 
          syncLog(`fs.open asyncId: ${asyncId()}, fs.open triggerAsyncId: ${triggerAsyncId()}`); 
        }); 
        输出以下内容,init 回调只会被调用一次,因为 fs.writeFileSync 是同步的是不会触发 hooks 回调的。
        init:  2 FSREQCALLBACK 1 
        fs.open asyncId: 2, fs.open triggerAsyncId: 1 
        异步之间共享上下文
        Node.js v13.10.0 增加了 async_hooks ??榈?AsyncLocalStorage 类,可用于在一系列异步调用中共享数据。
        如下例所示,asyncLocalStorage.run() 函数第一个参数是存储我们在异步调用中所需要访问的共享数据,第二个参数是一个异步函数,我们在 setTimeout() 的回调函数里又调用了 test2 函数,这一系列的异步操作都不影响我们在需要的地方去获取 asyncLocalStorage.run() 函数中存储的共享数据。
        const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks'); 
        const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage(); 
        asyncLocalStorage.run({ traceId: 1 }, test1); 
        async function test1() { 
          setTimeout(() => test2(), 2000); 
        async function test2() { 
          console.log(asyncLocalStorage.getStore().traceId); 
        AsyncLocalStorage 用途很多,例如在服务端必不可少的日志分析,一个 HTTP 从请求到响应整个系统交互的日志输出如果能通过一个 traceId 来关联,在分析日志时也就能够清晰的看到整个调用链路。
        下面是一个 HTTP 请求的简单示例,模拟了异步处理,并且在日志输出时去追踪存储的 id
        const http = require('http'); 
        const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks'); 
        const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage(); 
        function logWithId(msg) { 
          const id = asyncLocalStorage.getStore(); 
          console.log(`${id !== undefined ? id : '-'}:`, msg); 
        let idSeq = 0; 
        http.createServer((req, res) => { 
          asyncLocalStorage.run(idSeq++, () => { 
            logWithId('start'); 
            setImmediate(() => { 
              logWithId('processing...'); 
              setTimeout(() => { 
                logWithId('finish'); 
                res.end(); 
              }, 2000) 
            }); 
          }); 
        }).listen(8080); 
        下面是运行结果,我在第一次调用之后直接调用了第二次,可以看到我们存储的 id 信息与我们的日志一起成功的打印了出来。
        image.png
        在下一节会详细介绍, 如何在 Node.js 中使用 async hooks ??榈?AsyncLocalStorage 类处理请求上下文, 也会详细讲解 AsyncLocalStorage 类是如何实现的本地存储。


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