[Python, Программирование] О полезности contextvars

Автор Сообщение
news_bot ®

Стаж: 6 лет 2 месяца
Сообщений: 27286

Создавать темы news_bot ® написал(а)
20-Окт-2020 14:32

В Python есть множество возможностей и языковых конструкций. Какие-то мы используем каждый день, а о некоторых даже опытные программисты узнают с удивлением после нескольких лет работы с языком (привет, Ellipsis!). Совсем недавно вышел Python 3.9, но в этой статье я расскажу о функциональности, представленной еще в версии 3.7. На мой взгляд, она совершенно незаслуженно обделена пристальным вниманием. Речь, конечно же, о contextvars.
В ДомКлике огромная кодовая база на асинхронном Python. С уверенностью можно сказать, что это лидирующая компетенция в нашей компании: разработчиков на Python даже больше, чем фронтендеров. Обычно release notes очередной версии пристально изучаются на предмет того, что из новых фич можно будет попробовать. Описание же contextvars, как и примеры, совершенно не впечатлило. Зачем нужно передавать значение между функциями в настолько странно объявленной переменной? Давайте разбираться: рассмотрим несколько способов работы с глобальным контекстом в Python-приложениях.
Глобальные переменные
Старый, как мир, подход, хотя и считающийся ужасным антипаттерном, работает:
a = 0
def x():
    global a
    for i in range(100000):
        a += 1

… до тех пор, пока наше приложение не становится многопоточным. Неcмотря на наличие GIL, инкремент в Python не является атомарной операцией:
import dis; dis.dis(x)
>>>
# Цикл убран для наглядности
14 LOAD_GLOBAL              1 (a)   # Загружаем в стек глобальную переменную a
16 LOAD_CONST               2 (1)   # Загружаем в стек 1
18 INPLACE_ADD                      # Сложение верхних элементов в стеке

Между каждой инструкцией байт-кода может переключиться контекст, что сделает значение переменной некорректной в этом потоке. Проверим:
import threading
threads = []
for j in range(5):
    thread = threading.Thread(target=x)
    threads.append(thread)
    thread.start()
for thread in threads:
    thread.join()
assert a == 500000
>>> AssertionError

Значение a будет плавать от запуска к запуску. На помощь могут прийти примитивы синхронизации (например, RLock) или, в зависимости от задачи, threading.local
Контекстные переменные
Прогресс не стоит на месте, и сейчас Python уверенно поддерживает асинхронные паттерны программирования. Теперь даже в рамках одного процесса нет защиты от переключения контекста выполнения, что приводит к использованию знакомых по многопоточности локов и семафоров. Но как быть с локальным хранилищем? Ведь теперь оно должно быть привязано к каждой вызываемой корутине, и к тому же быть доступным по всему стеку вызовов? Вот здесь на помощь и приходят contextvars, работающие единообразно при любых переключениях контекста:
  • Разные потоки.
  • Цепочки вызовов асинхронных функций.
  • Создание новых задач на event loop (ensure_future / create_task).
  • Создание генераторов.

Применение на практике
И всё же, какую конкретно пользу можно из этого извлечь? Рассмотрим цепочку вызовов, которая есть почти в любом микросервисе:

Из сервиса A вызывается сервис B, при этом по цепочке необходимо передать информацию об исходном запросе для трекинга (а service mesh не завезли). Клиент к стороннему сервису — это абстракция, которая может не иметь информации о текущем запросе. Также он может вызываться в отдельной корутине и вообще не иметь доступа к контексту текущего запроса. Можно передавать request_id каждый раз при вызове функции service_client, но расширение передаваемых данных будет затруднительным.
Используем contextvars:
import asyncio
import random
from contextvars import ContextVar
from aiohttp import web
request_id: ContextVar[int] = ContextVar('request_id')
async def perform_external_request():
    # Cозданная задача всегда будет иметь контекст родительской
    await asyncio.sleep(5)
    print('request_id =', request_id.get())
    # Здесь выполняем запрос к стороннему сервису
async def test_handler(request):
    r = random.randint(1, 100)
    request_id.set(r)
    asyncio.ensure_future(perform_external_request())
    return web.Response(text='ok')
app = web.Application()
app.router.add_route('GET', '/test', test_handler)
web.run_app(app, port=8000)

Так удобно хранить данные, определяющие контекст вызова: информацию о пользователе, метрики времени ответа и другие. Например, в логах:
import uuid
import logging
from contextvars import ContextVar
from aiohttp import web
request_id: ContextVar[str] = ContextVar('request_id')
class RequestIdFilter(logging.Filter):
    def filter(self, record):
        # Добавление нужного поля в запись
        record.request_id = request_id.get()
        return True
logger = logging.getLogger(__name__)
ch = logging.StreamHandler()
# Все сообщения от этого логгера будут иметь текущий X-Request-Id,
# вне зависимости от места вызова!
ch.setFormatter(logging.Formatter('%(request_id)s: %(message)s'))
logger.addFilter(RequestIdFilter())
logger.addHandler(ch)
async def test_handler(request):
    logger.warning('Calling test handler')
    return web.Response(text='OK')
@web.middleware
async def request_id_middleware(request, handler):
    # Установка / чтение request_id
    request_id.set(request.headers.get('X-Request-Id', str(uuid.uuid4())))
    response = await handler(request)
    return response
app = web.Application(middlewares=[request_id_middleware])
app.router.add_route('GET', '/test', test_handler)
web.run_app(app, port=8000)

Что еще полезно знать
contextvars — это одна из немногих возможностей языка, для знакомства с которой мне пришлось глубоко погрузиться в соответствующий PEP из-за весьма скудной основной документации. Например, переменные контекста весьма интересно ведут себя с генераторами. Правила следующие:
  • Изменения «внутри» генератора не видны в вызывающем коде.
  • Переменная не может быть изменена между итерациями генератора.
  • Изменения «снаружи» видны «внутри», если они не были изменены «внутри».

Я оставил комментарии на основе примера из исходного PEP:
var1 = contextvars.ContextVar('var1')
var2 = contextvars.ContextVar('var2')
def gen():
    var1.set('gen')
    assert var1.get() == 'gen'
    assert var2.get() == 'main'
    yield 1
    # Это изменение не будет применено, так как между итерациями модификации запрещены
    var1.set('genXXXX')
    # var1 модифицируется снаружи, но внутри генератора изменение не видно,
    # так как в нем эта переменная была изменена
    assert var1.get() == 'gen'
    # var2 меняется "снаружи" без изменения "внутри", поэтому оно доступно
    assert var2.get() == 'main modified'
    yield 2
def main():
    g = gen()
    var1.set('main')
    var2.set('main')
    next(g)
    # Модификация "изнутри" не доступна "снаружи"
    assert var1.get() == 'main'
    var1.set('main modified')
    var2.set('main modified')
    next(g)

По аналогии с генераторами, для корутин тоже действуют некоторые правила:
  • Если одна функция ожидает другую через await, то изменения переменной видны и в «родительской», и в «дочерней».
  • Если одна функция вызвала другую через создание задачи (ensure_future / create_task), то изменения переменной между ними не передаются.

Вы еще не обновились до 3.7?
Похожий функционал предоставляет библиотека aiotask-context. Она работает медленнее, чем нативная реализация в 3.7, а также требует дополнительной инициализации:
import asyncio
import aiotask_context as context
async def test():
    print(context.get('some_data', default='not set'))
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.set_task_factory(context.task_factory)
loop.run_until_complete(test())

Заключение
contextvars — это не фича, которую нужно брать в каждый проект. Однако она способна сделать код значительно проще и чище, если правильно проектировать архитектуру сервиса.
===========
Источник:
habr.com
===========

Похожие новости: Теги для поиска: #_python, #_programmirovanie (Программирование), #_python3, #_asyncio, #_blog_kompanii_domklik (
Блог компании ДомКлик
)
, #_python, #_programmirovanie (
Программирование
)
Профиль  ЛС 
Показать сообщения:     

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 30-Апр 07:26
Часовой пояс: UTC + 5