JS `Node.js` `async_hooks`：追踪异步资源生命周期与上下文

各位观众，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊Node.js里一个稍微有点神秘，但又非常强大的模块：async_hooks。这玩意儿，说白了，就是帮你追踪那些偷偷摸摸的异步操作的生命周期，以及它们背后的上下文。

一、异步的世界：一场捉迷藏

Node.js之所以这么快，很大程度上要归功于它的异步非阻塞特性。但是，异步也带来了一个问题：代码执行的顺序不再是线性的，而是像一群猴子一样，到处乱窜。想象一下，你发起了一个HTTP请求，然后继续执行后面的代码。当请求返回时，你的程序可能已经执行了很多其他任务。这时候，如果你想知道这个请求是在哪个函数里发起的，或者它和哪个数据库连接有关联，那可就麻烦了。

这就是async_hooks要解决的问题。它可以让你像一个侦探一样，追踪这些异步操作的足迹，搞清楚它们之间的关系。

二、 async_hooks：你的异步追踪器

async_hooks模块提供了一系列的钩子函数，让你可以在异步操作的不同阶段执行自定义的代码。这些钩子函数包括：

init(asyncId, type, triggerAsyncId, resource): 当一个新的异步资源被创建时调用。
- asyncId: 这个异步资源的唯一ID。
- type: 异步资源的类型，例如 TCPWRAP, PROMISE, Timeout 等。
- triggerAsyncId: 触发这个异步资源创建的异步资源的ID。比如，一个HTTP请求可能触发一个TCP连接的创建，那么HTTP请求的asyncId就是TCP连接的triggerAsyncId。
- resource: 异步资源本身，比如一个 TCP 的 socket 对象。
before(asyncId): 在异步资源的回调函数执行之前调用。
after(asyncId): 在异步资源的回调函数执行之后调用。
destroy(asyncId): 当异步资源被销毁时调用。
promiseResolve(asyncId): 当一个promise 被 resolve 时调用。 (仅用于 Promise 资源)。

通过这些钩子函数，你可以记录异步资源的创建、执行和销毁过程，从而追踪它们的生命周期。

三、实战演练：追踪HTTP请求

咱们来写一个简单的例子，追踪HTTP请求的生命周期。

const async_hooks = require('async_hooks');
const http = require('http');
const fs = require('fs');

const hook = async_hooks.createHook({
  init(asyncId, type, triggerAsyncId, resource) {
    fs.writeFileSync('log.txt', `INIT: asyncId=${asyncId}, type=${type}, triggerAsyncId=${triggerAsyncId}n`, { flag: 'a' });
  },
  before(asyncId) {
    fs.writeFileSync('log.txt', `BEFORE: asyncId=${asyncId}n`, { flag: 'a' });
  },
  after(asyncId) {
    fs.writeFileSync('log.txt', `AFTER: asyncId=${asyncId}n`, { flag: 'a' });
  },
  destroy(asyncId) {
    fs.writeFileSync('log.txt', `DESTROY: asyncId=${asyncId}n`, { flag: 'a' });
  },
  promiseResolve(asyncId) {
    fs.writeFileSync('log.txt', `PROMISE_RESOLVE: asyncId=${asyncId}n`, { flag: 'a' });
  }
});

hook.enable();

http.get('http://example.com', (res) => {
  console.log('Got response: ' + res.statusCode);
}).on('error', (e) => {
  console.log('Got error: ' + e.message);
});

fs.writeFileSync('log.txt', 'Program startedn', { flag: 'a' });

在这个例子中，我们创建了一个async_hooks实例，并定义了各个钩子函数的行为。每当有异步事件发生时，相应的钩子函数就会被调用，并将相关信息写入到log.txt文件中。

运行这段代码后，打开log.txt文件，你就可以看到HTTP请求的生命周期了。文件内容大致如下：

Program started
INIT: asyncId=2, type=TCPWRAP, triggerAsyncId=1
INIT: asyncId=3, type=HTTPCLIENTREQUEST, triggerAsyncId=1
BEFORE: asyncId=3
INIT: asyncId=4, type=TCPWRAP, triggerAsyncId=3
BEFORE: asyncId=4
AFTER: asyncId=4
INIT: asyncId=5, type=HTTPCLIENTRESPONSE, triggerAsyncId=3
BEFORE: asyncId=5
AFTER: asyncId=5
AFTER: asyncId=3
DESTROY: asyncId=2
DESTROY: asyncId=4
DESTROY: asyncId=5
DESTROY: asyncId=3

从这个日志中，你可以看到：

程序启动后，创建了一个TCPWRAP资源（asyncId=2），它的 triggerAsyncId 是 1, 这个 1 通常是主执行上下文。
接着，创建了一个HTTPCLIENTREQUEST资源（asyncId=3），它的 triggerAsyncId 是 1, 说明这个HTTP请求是在主执行上下文中发起的。
为了建立HTTP连接，又创建了一个 TCPWRAP 资源(asyncId=4), 它的 triggerAsyncId 是 3, 说明这个TCP连接是由HTTP请求发起的。
当HTTP请求返回时，创建了一个HTTPCLIENTRESPONSE资源（asyncId=5），它的 triggerAsyncId 也是 3。
最后，这些资源被依次销毁。

通过分析这些信息，你可以清楚地了解HTTP请求的创建、执行和销毁过程。

四、上下文传递：让异步操作不再孤单

async_hooks还有一个非常重要的功能：上下文传递。想象一下，你有一个Web应用，每个请求都需要访问数据库。你希望在处理请求的过程中，始终保持对数据库连接的引用。但是，由于Node.js的异步特性，你很难直接把数据库连接传递给所有的异步操作。

async_hooks提供了一个AsyncLocalStorage 类，可以让你在异步操作之间传递上下文信息。简单来说，你可以把数据库连接存储在AsyncLocalStorage中，然后在任何异步操作中都可以访问到它。

const async_hooks = require('async_hooks');
const { AsyncLocalStorage } = async_hooks;
const als = new AsyncLocalStorage();
const http = require('http');

// 模拟数据库连接
class DatabaseConnection {
  constructor(id) {
    this.id = id;
    console.log(`Database connection ${this.id} created.`);
  }

  query(sql) {
    console.log(`Connection ${this.id} executing query: ${sql}`);
  }

  close() {
    console.log(`Connection ${this.id} closed.`);
  }
}

http.createServer((req, res) => {
  // 为每个请求创建一个新的数据库连接
  const dbConnection = new DatabaseConnection(Math.random());

  // 将数据库连接存储在 AsyncLocalStorage 中
  als.run(dbConnection, () => {
    // 在请求处理函数中，可以随时访问数据库连接
    const connection = als.getStore();
    connection.query('SELECT * FROM users');

    setTimeout(() => {
      const connection2 = als.getStore();
      connection2.query('SELECT * FROM products');
      res.end('OK');
    }, 100);
  });

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

在这个例子中，我们使用AsyncLocalStorage来存储数据库连接。每当一个新的请求到来时，我们都会创建一个新的数据库连接，并将其存储在AsyncLocalStorage中。然后，在请求处理函数中，我们可以随时通过als.getStore()来获取数据库连接，并执行数据库操作。

即使在setTimeout的回调函数中，我们仍然可以访问到同一个数据库连接。这就是AsyncLocalStorage的强大之处：它可以让你在异步操作之间传递上下文信息，而无需显式地传递参数。

五、注意事项：不要过度使用

虽然async_hooks非常强大，但是它也有一些缺点。首先，它会显著增加程序的开销。每个异步操作都会触发多个钩子函数的调用，这会占用大量的CPU时间。因此，只有在必要的时候才应该使用async_hooks。

其次，async_hooks的代码可能会比较复杂。你需要仔细设计你的钩子函数，以避免出现死循环或者内存泄漏等问题。

最后，async_hooks的API可能会发生变化。虽然Node.js团队会尽量保持API的稳定性，但是为了改进性能或者修复bug，他们可能会对API进行修改。因此，你需要定期更新你的代码，以适应新的API。

六、最佳实践：选择合适的工具

async_hooks是一个非常底层的API。如果你只是想追踪一些简单的异步操作，那么可能不需要直接使用async_hooks。有很多更高级的工具可以帮助你完成这个任务，例如：

诊断工具： Node.js自带的诊断工具，例如--inspect和--cpu-profile，可以帮助你分析程序的性能瓶颈。
APM工具： 应用性能管理（APM）工具，例如New Relic和Datadog，可以提供更全面的性能监控和分析功能。
日志库： 日志库，例如Winston和Bunyan，可以让你记录异步操作的日志，并进行分析。

选择合适的工具，可以让你更高效地解决问题。

七、总结：异步世界的导航员

async_hooks是一个强大的工具，可以帮助你追踪异步操作的生命周期和上下文。但是，它也有一些缺点，需要谨慎使用。在实际开发中，你需要根据你的具体需求，选择合适的工具来解决问题。

希望今天的讲座能帮助你更好地理解async_hooks。记住，异步的世界虽然复杂，但是只要你掌握了正确的工具，就可以像一个导航员一样，在其中自由穿梭。

附录：常用异步资源类型表

类型	描述	示例
`TCPWRAP`	TCP连接	`http.request`, `net.connect`
`UDPWRAP`	UDP连接	`dgram.createSocket`
`PIPEWRAP`	管道连接	`net.createServer`, `net.connect` (使用命名管道)
`TTYWRAP`	终端连接	`process.stdin`, `process.stdout`, `process.stderr`
`FSREQCALLBACK`	文件系统操作	`fs.readFile`, `fs.writeFile`
`TIMERWRAP`	定时器	`setTimeout`, `setInterval`
`GETADDRINFOREQWRAP`	DNS查询	`dns.lookup`
`GETNAMEINFOREQWRAP`	反向DNS查询	`dns.reverse`
`HTTPCLIENTREQUEST`	HTTP客户端请求	`http.request`, `https.request`
`HTTPCLIENTRESPONSE`	HTTP客户端响应	`http.get`, `https.get` 的响应
`HTTPSERVERREQUEST`	HTTP服务器请求	`http.createServer` 的请求
`HTTPSERVERRESPONSE`	HTTP服务器响应	`http.createServer` 的响应
`PROMISE`	Promise	`new Promise`, `Promise.resolve`, `Promise.reject`
`Timeout`	setTimeout/setInterval 的回调函数内部异步操作	内部实现细节，通常无需关心
`Immediate`	setImmediate 的回调函数内部异步操作	内部实现细节，通常无需关心

希望这张表能帮助你更好地理解不同类型的异步资源。

感谢大家的观看！下次再见！

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