Node.js AsyncHooks 与异步回调上下文

我们都知道，Nodejs 最显著特点是单进程、异步、事件驱动。每当我们的代码碰到异步调用时，需要传入一个回调函数，等待异步调用结束时再被执行。一个典型的处理用户登录流程如下：

但是，真实的线上环境，往往多个用户同时在登录，真实的场景如下：

上图假设数据库操作最为耗时，当用户 A 请求到达后，在等待数据库查询比对用户密码时，用户 B 发起了登录请求。让我们稍微修改下上图，加上时间轴：

假设用户的一次请求作为一个独立上下文，那么上图一共发生了三次上下文的切换：

• 第一次：事件 2 和事件 3，从用户 A 切换到了用户 B
• 第二次：事件 4 和事件 5，从用户 B 切换到了用户 A
• 第三次：事件 5 和事件 6，从用户 A 再次切换到用户 B

在类似 Express、Egg 等 Web 框架，是如何帮助我们识别上下文切换的？

• Express 所有的请求都封装为一个 Request 对象，作为回调函数的第一个参数
• Egg 则是封装了一个 Context 对象，每次请求都是新的 Context。

这些方式的特点，都是先显式创建一个局部变量，后续的业务逻辑代码，都会在函数调用中层层传递这个变量，便于识别上下文信息。那有没有办法，隐式的传递上下文信息？

隐式传递上下文

结合前面的案例，在 Node.js 中同步代码不会导致用户上下文切换，只有当发生异步回调时，才有可能发生请求上下文的切换。所以要想隐式传递上下文，首先要做的就是能自动识别出异步回调。Node.js 8.1 版本开始支持监听异步调用：AsyncHooks API。

AsyncHooks

AsyncHooks 核心提供了四个钩子：init、before、after、destory

• init 每次异步调用都会触发，执行时间点是异步请求的资源准备完毕时。
• before 执行异步回调函数前调用
• after 执行异步回调函数后调用
• destory 异步调用关联的资源被销毁时调用

补充两个例子说明：

• fs.open 打开文件操作，执行时间点为所请求的文件资源准备完毕时调用
• net.createServer init 会在端口监听成功时执行，而 before 则会在每次有新请求，触发 createServer 中的回调函数执行前，调用

四个钩子覆盖了一次异步调用的整个生命周期。除此之外还提供了两个关键 ID：triggerAsyncId 和 asyncId 。这两个 ID 可以表达两次异步调用之间的"父子"关系。

追踪上下文

结合 AsyncHooks，将上文的案例，改成 triggerAsyncId 和 asyncId 的关系图，如下：

每次异步调用，其 triggerAsyncId 和 asyncId 值类似如下（按上图事件顺序）：

• (1) 用户 A 发起 Http Request ， triggerAsyncId: 0, asyncId 1
  • (2) 用户 A 发起 Database Query，triggerAsyncId: 1， asyncId 2
    • (5) 用户 A 发起 Write Session，triggerAsyncId 2, asyncId 5
• (3) 用户 B 发起 Http Request，triggerAsyncId: 0， asyncId 3
  • (4) 用户 B 发起 Database Query， triggerAsyncId 3， asyncId 4
    • (6) 用户 B 发起 Write Sessiony， triggerAsyncId 4， asyncId 6

注：此处对系统发生真实异步调用进行了简化

通过 Hooks 以及 triggerAsyncId 和 asyncId 的关系，我们就可以找回每次异步调用发生时，该调用所属的上下文。相关的完整实现，可以参考 cls-hooked。

为什么没有普遍应用？

佛瑞德·布鲁克斯早就告诉我们软件工程没有银弹，之所以这种方式没有普及，个人理解主要以下几点：

1. 隐式传递，代码可读性更差，不利于维护
2. AsyncHooks 会有比较大的性能损耗，详见async-hooks-performance-impact，目前 API 稳定性还处于试验阶段

本文仅是从一个简单场景：异步上下文出发，引出了 AsyncHook 相关 API 的功能与基本使用。实际应用中，很多 APM 类程序都使用类似的能力。本文并没有对相关实现做深入讨论，希望通过此文，先介绍相关概念。

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