بروتوكول WebSocket هو بروتوكول اتصال في الوقت الفعلي يسهل تبادل البيانات ثنائي الاتجاه بين العميل والخادم عبر اتصال واحد طويل الأمد. على عكس اتصالات HTTP التقليدية، يتيح WebSocket الاتصال مزدوج الاتجاه، مما يعني أن البيانات يمكن أن تتدفق في وقت واحد في كلا الاتجاهين، مما يحسن أداء الشبكة وكفاءة التطبيق.
تعد اتصالات WebSocket مفيدة بشكل خاص للتطبيقات في الوقت الفعلي مثل الألعاب عبر الإنترنت وتطبيقات الدردشة ومنصات تداول الأسهم، حيث يكون الاتصال ذو زمن الوصول المنخفض أمرًا ضروريًا. يضمن هذا البروتوكول نقل البيانات بسرعة وكفاءة، مما يقلل من الحمل ويحسن تجربة المستخدم . أصبح WebSocket عنصرًا لا غنى عنه لبناء تطبيقات وخدمات الويب الحديثة في الوقت الفعلي.
WebSocket مقابل HTTP التقليدي
يعد كل من بروتوكول WebSocket وHTTP التقليدي من بروتوكولات اتصالات الشبكة، لكنهما يلبيان حالات استخدام مختلفة ولديهما اختلافات جوهرية في تشغيلهما. النقاط الرئيسية للتمييز بين WebSocket وHTTP هي كما يلي:
- اتصال Fullduplex مقابل Half-duplex: يدعم WebSocket الاتصال مزدوج الاتجاه، مما يسمح بنقل البيانات المتزامن في كلا الاتجاهين. من ناحية أخرى، يستخدم HTTP التقليدي اتصالًا أحادي الاتجاه حيث يتم إرسال البيانات واستقبالها بالتناوب، مما يتسبب في زمن انتقال أعلى.
- الاتصال المستمر مقابل عدم الاتصال: يظل اتصال WebSocket نشطًا طوال عملية الاتصال بين العميل والخادم. في المقابل، يعد HTTP بروتوكولًا بدون اتصال، مما يعني أن كل تبادل للطلب والاستجابة يتطلب فتح وإغلاق اتصال جديد، مما يؤدي إلى زيادة الحمل وانخفاض الأداء.
- الكفاءة وزمن الاستجابة: يحافظ بروتوكول WebSocket على اتصال واحد مفتوح بين العميل والخادم، مما يقلل من الحمل الزائد وزمن وصول الشبكة. ومع ذلك، يعتمد اتصال HTTP على اتصالات الاستجابة للطلبات المتعددة التي تزيد الحمل بشكل متزايد وتؤثر سلبًا على الأداء.
- البيانات الثنائية والنصية: يمكن لـ WebSocket التعامل مع البيانات الثنائية والنصية، بينما يعتمد HTTP في المقام الأول على النص، مما يحد من قدرته على معالجة المعلومات الثنائية بكفاءة.
- دعم البث: يدعم WebSocket تدفق البيانات، مما يسمح بتقسيم الحمولات الكبيرة إلى أجزاء أصغر وإرسالها بشكل تدريجي. وفي المقابل، يتطلب HTTP إرسال جميع البيانات دفعة واحدة، مما يزيد من استخدام الموارد ووقت الاستجابة.
نظرًا لهذه المزايا، أصبح WebSocket هو البروتوكول المعتمد للتطبيقات التي تتطلب الاتصال في الوقت الفعلي ونقل البيانات بزمن انتقال منخفض. من خلال الحفاظ على الاتصالات المستمرة، يعمل WebSocket على تحسين تجربة مستخدم تطبيقات الويب والهواتف المحمولة وكفاءتها.
كيف يعمل بروتوكول WebSocket
تم تصميم بروتوكول WebSocket لتوفير اتصال فعال في الوقت الفعلي بين العميل والخادم باستخدام اتصال واحد طويل الأمد. في الأساس، يقوم WebSocket بإنشاء اتصال مستمر بين العميل والخادم ثم يقوم بتبادل البيانات في أجزاء صغيرة تسمى "الإطارات". فيما يلي تفصيل أكثر تفصيلاً لكيفية عمل بروتوكول WebSocket:
- مصافحة WebSocket: يبدأ اتصال WebSocket بمصافحة يبدأها العميل. تبدأ عملية المصافحة هذه بطلب HTTP قياسي برأس "ترقية" خاص، والذي يشير إلى الخادم للتبديل من بروتوكول HTTP إلى بروتوكول WebSocket. إذا كان الخادم يدعم WebSocket، فإنه يستجيب باستجابة "ترقية" مقابلة، ويكمل المصافحة ويؤسس اتصال WebSocket.
- إطارات WebSocket: بمجرد إنشاء الاتصال، يتم تبادل البيانات بين العميل والخادم باستخدام إطارات WebSocket. يتكون الإطار من رأس يحتوي على معلومات التحكم، تليها الحمولة. يمكن أن تكون الإطارات إما إطارات تحكم أو إطارات بيانات، مع إطارات تحكم تدير الاتصال وإطارات بيانات تحمل نصًا أو بيانات ثنائية.
- اتصال WebSocket: يتيح اتصال WebSocket الاتصال ثنائي الاتجاه في الوقت الفعلي بين العميل والخادم. يمكن إرسال البيانات واستقبالها في وقت واحد، مما يقلل من زمن الوصول ويعزز أداء الشبكة. يظل الاتصال مفتوحًا حتى يتم إغلاقه بشكل صريح من قبل العميل أو الخادم أو حتى ينقطع الاتصال بسبب أخطاء في الشبكة أو مشكلات أخرى.
يعمل بروتوكول WebSocket على تحسين أداء اتصالات الشبكة بشكل كبير، مما يجعله عنصرًا حيويًا في تطوير الويب الحديث. من خلال الحفاظ على اتصال واحد مستمر لتبادل البيانات، يقلل WebSocket من الحمل الزائد ويزيد من الكفاءة ويوفر تجربة فائقة للمستخدمين النهائيين.
مصافحة WebSocket: الترقية من HTTP
قبل أن يتمكن العميل والخادم من الاتصال باستخدام بروتوكول WebSocket، يجب عليهما إجراء مصافحة WebSocket لإنشاء اتصال. تبدأ المصافحة بطلب HTTP، والذي تتم بعد ذلك ترقيته إلى اتصال WebSocket، مما يسمح بالاتصال ثنائي الاتجاه.
يبدأ العميل المصافحة عن طريق إرسال طلب HTTP GET إلى الخادم، بما في ذلك رؤوس "الترقية" و"الاتصال"، مما يشير إلى نية إنشاء اتصال WebSocket. يحتوي الطلب أيضًا على رأس Sec-WebSocket-Key، وهو عبارة عن قيمة عشوائية مشفرة بـ base64 تم إنشاؤها بواسطة العميل. تساعد هذه القيمة على التأكد من أن الخادم يتعامل بشكل صحيح مع طلب المصافحة ويستجيب له.
GET /websocket HTTP/1.1 Host: example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Sec-WebSocket-Version: 13 Origin: http://example.comعند استلام الطلب، يقوم الخادم بمعالجته والتحقق من توافق العميل مع بروتوكول WebSocket. إذا كان الخادم يدعم اتصالات WebSocket، فإنه يستجيب برمز حالة HTTP 101 Switching Protocols، بالإضافة إلى رؤوس "Upgrade" و"Connection". يقوم الخادم أيضًا بإنشاء قيمة Sec-WebSocket-Accept فريدة من خلال تجزئة مفتاح Sec-WebSocket الخاص بالعميل بمعرف GUID ثابت وإعادته في الاستجابة.
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=بمجرد أن يتلقى العميل استجابة الخادم ويتحقق من صحتها، يتم إنشاء اتصال WebSocket، مما يتيح الاتصال ثنائي الاتجاه بين العميل والخادم.
إطارات WebSocket: هيكلة البيانات
بعد إنشاء اتصال WebSocket، يتم تبادل البيانات كإطارات WebSocket. تحتوي هذه الإطارات على معلومات التحكم والبيانات المطلوبة لاتصال WebSocket. يحدد بروتوكول WebSocket أنواعًا مختلفة من الإطارات، بما في ذلك الإطارات النصية والثنائية وإطارات التحكم، حيث يخدم كل منها غرضًا محددًا.
تنقل الإطارات النصية والثنائية بيانات التطبيق بين العميل والخادم. تحتوي إطارات النص على نص مشفر بـ UTF-8، بينما تحتوي الإطارات الثنائية على بيانات ثنائية عشوائية. تُستخدم إطارات التحكم لإدارة الاتصال، وتتضمن أنواعًا مثل إطارات ping وpong وClose. يتم استخدام إطارات Ping وpong للتحقق من صحة الاتصال، بينما تبدأ الإطارات القريبة في إغلاق الاتصالات.
تتكون إطارات WebSocket من عدة أجزاء:
- بت FIN: بت واحد يشير إلى الإطار النهائي في الرسالة.
- كود التشغيل: قيمة مكونة من 4 بتات تصف نوع الإطار (على سبيل المثال، نص أو ثنائي أو عنصر تحكم).
- بت القناع: بت واحد يشير إلى ما إذا كانت بيانات الحمولة النافعة مقنعة.
- طول الحمولة: قيمة 7 بت أو 16 بت أو 64 بت تمثل طول بيانات الحمولة النافعة.
- مفتاح التقنيع: قيمة 32 بت تُستخدم لكشف قناع بيانات الحمولة (إذا كانت مقنعة).
- بيانات الحمولة: البيانات التي يحملها الإطار.
يضمن البروتوكول اتصالاً فعالاً وموثوقًا بين العميل والخادم من خلال هيكلة البيانات في إطارات WebSocket.
بروتوكولات WebSocket الفرعية: توسيع البروتوكول الأساسي
بروتوكولات WebSocket الفرعية هي بروتوكولات خاصة بالتطبيقات مبنية على بروتوكول WebSocket الأساسي. تسمح هذه البروتوكولات الفرعية للمطورين بتحديد قواعد واصطلاحات الاتصال المخصصة لحالات استخدام محددة، مما يؤدي إلى توسيع قدرات WebSocket بشكل أكبر. في السيناريوهات التي لا يوفر فيها البروتوكول الأساسي وظائف كافية، يتم تفعيل البروتوكولات الفرعية لإثراء عملية الاتصال.
يتم تعريف البروتوكولات الفرعية بواسطة العميل والخادم أثناء عملية مصافحة WebSocket. يقوم العميل بتضمين رأس Sec-WebSocket-Protocol في طلب المصافحة الأولي الخاص به، مع تحديد واحد أو أكثر من البروتوكولات الفرعية المدعومة. على سبيل المثال:
GET /websocket HTTP/1.1 Host: example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw== Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Protocol: subprotocol1, subprotocol2 Origin: http://example.comعند تلقي الطلب، يقوم الخادم بمراجعة البروتوكولات الفرعية المقترحة واختيار البروتوكول الذي يدعمه. ثم يقوم بعد ذلك بتضمين البروتوكول الفرعي المحدد في رأس Sec-WebSocket-Protocol في استجابة المصافحة:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk= Sec-WebSocket-Protocol: subprotocol1بمجرد اكتمال المصافحة، يتواصل العميل والخادم باستخدام البروتوكول الفرعي المحدد، باتباع قواعده واصطلاحاته.
يمكن أن تكون بروتوكولات WebSocket الفرعية موحدة أو مصممة خصيصًا، ويعتمد استخدامها على الاحتياجات المحددة للتطبيق. تتضمن أمثلة البروتوكولات الفرعية القياسية MQTT لاتصالات أجهزة إنترنت الأشياء وXMPP لتطبيقات المراسلة.
WebSocket API: تنفيذ المتصفح وحالات الاستخدام
WebSocket API هو تطبيق JavaScript لبروتوكول WebSocket لمتصفحات الويب. يوفر واجهة للمطورين لإنشاء اتصال ثنائي الاتجاه في الوقت الفعلي بين العملاء (تطبيقات الويب) والخوادم عبر اتصالات WebSocket.
لتأسيس اتصال WebSocket بالخادم، يوضح مقتطف التعليمات البرمجية التالي كيفية إنشاء مثيل WebSocket باستخدام JavaScript: ```javascript constocket = new WebSocket('ws://example.com'); ``` يقوم الكود أعلاه بإنشاء مثيل WebSocket جديد، مع تحديد عنوان URL لـ WebSocket الخاص بالخادم باستخدام النظام "ws" (غير آمن) أو "wss" (آمن). بمجرد إنشاء الاتصال، يمكن استخدام أحداث مثل open و message و error و close للتعامل مع الاتصال بين العميل والخادم.
فيما يلي مثال على استخدام معالجات الأحداث مع WebSocket API: ```javascript // Connection open المقبس.addEventListener('open', (event) => { المقبس.send('Hello Server!'); }); // الاستماع للرسائل المقبس.addEventListener('message', (event) => { console.log('Message from server: ', events.data); }); // التعامل مع الأخطاء المقبس.addEventListener('error', (event) => { console.error('WebSocket error:', events); }); // الاتصال مغلق المقبس.addEventListener('Close', (event) => { console.log('اتصال WebSocket مغلق:', حدث); }); ``` يتم استخدام WebSocket API في العديد من تطبيقات الويب في الوقت الفعلي، بما في ذلك:
- تطبيقات الدردشة: يمكن للمستخدمين تبادل الرسائل النصية في الوقت الفعلي مع مستخدمين آخرين دون الحاجة إلى استطلاع متكرر أو تحديث يدوي.
- إشعارات في الوقت الفعلي: احصل على تحديثات فورية من الخدمات أو الأجهزة لأحداث مثل إشعارات البريد الإلكتروني أو تحديثات المهام أو التعاون متعدد المستخدمين.
- أدوات التعاون المباشر: قم بتحرير المستندات أو جداول البيانات أو العروض التقديمية في وقت واحد مع عدة مستخدمين، مما يتيح التعاون السلس والتحكم في الإصدار.
الاعتبارات الأمنية وأفضل الممارسات
يعد ضمان أمان اتصالات WebSocket أمرًا ضروريًا لحماية البيانات والحفاظ على سلامة التطبيق. فيما يلي بعض الاعتبارات الأمنية الحيوية وأفضل الممارسات التي يجب اتباعها عند تنفيذ اتصال WebSocket:
- سياسة نفس الأصل: قم بتطبيق سياسة نفس الأصل لتقييد اتصالات WebSocket على نفس المجال مثل تطبيق الويب. تساعد هذه السياسة على منع هجمات تزوير الطلبات عبر المواقع (CSRF).
- اتصال WebSocket الآمن (WSS): استخدم نظام URL "wss" لضمان اتصالات WebSocket الآمنة. يقوم هذا البروتوكول بتشفير البيانات المنقولة بين العميل والخادم باستخدام أمان طبقة النقل (TLS)، مما يمنع التنصت أو هجمات الوسيط.
- التحقق من صحة إدخال المستخدم: تحقق دائمًا من إدخال المستخدم والتحقق من صحته على جانب الخادم للتأكد من أنه جيد الصياغة وآمن ويلتزم بالتنسيق المتوقع. تجنب تنفيذ إدخال المستخدم مباشرة، واستخدم عملية تنقية الإدخال لمنع الهجمات مثل البرمجة النصية عبر المواقع (XSS) أو حقن SQL.
- التعامل مع حالات قطع الاتصال غير المتوقعة: قم بتنفيذ آليات معالجة الأخطاء للتعافي من حالات قطع الاتصال غير المتوقعة أو فشل الخادم. اعتمادًا على سياق التطبيق، فكر في استخدام إستراتيجية إعادة المحاولة مع التراجع الأسي أو خوادم تجاوز الفشل البديلة للحفاظ على استمرارية الخدمة.
- المصادقة والترخيص: استخدم آليات المصادقة والترخيص المناسبة لاتصالات WebSocket، مما يضمن أن المستخدمين المصرح لهم فقط يمكنهم الوصول إلى البيانات أو تنفيذ الإجراءات. يمكن أن يتضمن ذلك استخدام الرموز المميزة للجلسة، أو مفاتيح API، أو رموز OAuth المميزة لتأمين الوصول إلى موارد WebSocket.
WebSocket في تطبيقات العالم الحقيقي
يُستخدم بروتوكول WebSocket على نطاق واسع في تطبيقات العالم الحقيقي نظرًا لقدرات الاتصال ثنائية الاتجاه وزمن الوصول المنخفض. تتضمن بعض الأمثلة على حالات الاستخدام الشائعة ما يلي:
- تطبيقات الدردشة: يتطلب إنشاء تطبيقات الدردشة التواصل في الوقت الفعلي بين المستخدمين. يتيح بروتوكول WebSocket إرسال رسائل فعالة في الوقت الفعلي دون عبء الاستقصاء المتكرر أو دورات الاستجابة لطلبات HTTP التقليدية.
- الألعاب عبر الإنترنت: تتطلب تطبيقات الألعاب في الوقت الفعلي تبادلاً سريعًا للبيانات بين العملاء والخوادم. يوفر WebSocket اتصالاً ثنائي الاتجاه بزمن وصول منخفض، مما يعزز تجربة الألعاب من خلال تفاعل سلس وسريع الاستجابة.
- إشعارات في الوقت الفعلي: يمكن تنفيذ ميزات التحديث المباشر مثل خلاصات الوسائط الاجتماعية أو إشعارات البريد الإلكتروني أو تحديثات تتبع المهام باستخدام WebSocket، وذلك بفضل اتصاله المستمر بين العملاء والخوادم.
- بث الأحداث المباشرة: يستفيد بث الأحداث المباشرة مثل التغطية الرياضية أو تدفقات الصوت والفيديو أو تحديثات سوق الأوراق المالية من تبادل الرسائل السريع والموثوق الذي يسهله WebSocket.
- منصات التداول المالي: تعتمد المنصات المالية على التحديثات اللحظية لأسعار الأسهم وبيانات السوق الأخرى. يوفر WebSocket اتصالات ذات زمن وصول منخفض، مما يمكّن الأنظمة الأساسية من تقديم التحديثات للمستخدمين في جميع أنحاء العالم بسرعة.
- اتصالات أجهزة إنترنت الأشياء: غالبًا ما تتطلب أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) تبادل البيانات في الوقت الفعلي مع خوادم الواجهة الخلفية للمراقبة والتحكم. يعمل WebSocket على تبسيط الاتصال، مما يسمح بإدارة أسرع وأكثر كفاءة للأجهزة المتصلة.
لتنفيذ وظيفة WebSocket لتطبيقات الويب والجوال والواجهة الخلفية، يعد AppMaster نظامًا أساسيًا قويًا بدون تعليمات برمجية يدعم تكامل WebSocket. يمكّن AppMaster المستخدمين من إنشاء وإدارة وتخصيص واجهات برمجة تطبيقات WebSocket، مما يبسط عملية تطوير التطبيقات في الوقت الفعلي. بفضل إمكاناته المتنوعة، يعمل AppMaster على تمكين المطورين من إنشاء تطبيقات قابلة للتطوير وآمنة وفعالة، مع الاستفادة من الإمكانات الكاملة لتقنية WebSocket.
الاستفادة من AppMaster لتطوير WebSocket
يمكن أن يكون تطوير التطبيقات في الوقت الفعلي باستخدام وظيفة WebSocket عملية معقدة وتستغرق وقتًا طويلاً. هذا هو المكان الذي يمكن أن توفر فيه AppMaster ، وهي منصة قوية no-code ، فوائد كبيرة للمطورين والشركات التي تتطلع إلى تنفيذ اتصال WebSocket.
لقد غيّر AppMaster قواعد اللعبة في مجال تطوير التطبيقات من خلال توفير منصة مرئية ومبسطة لإنشاء تطبيقات الواجهة الخلفية والويب وتطبيقات الهاتف المحمول . يمكنك بسهولة تصميم وإنشاء تطبيقات متطورة في الوقت الفعلي بدعم WebSocket من خلال الاستفادة من ميزاته وإمكانياته.
التصميم المرئي وإنشاء منطق الأعمال
إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام AppMaster هي القدرة على العمل بشكل مرئي، باستخدام واجهة drag-and-drop لإنشاء مكونات واجهة المستخدم لتطبيقاتك. علاوة على ذلك، توفر المنصة مصممًا مخصصًا لعمليات الأعمال (BP) لصياغة منطق الأعمال لكل مكون. يعمل هذا على تبسيط العمل مع WebSockets، مما يسمح لك بإنشاء تطبيقات تفاعلية في الوقت الفعلي بسرعة وكفاءة.
تم إنشاء كود المصدر وتجميع التطبيقات
يقوم AppMaster بإنشاء كود المصدر لتطبيقاتك باللغات الشائعة مثل Go لتطبيقات الواجهة الخلفية، و Vue3 مع JS/TS لتطبيقات الويب، و Kotlin و SwiftUI لتطبيقات الهاتف المحمول على Android وiOS، على التوالي. يقوم النظام الأساسي بتجميع التطبيقات، وإجراء الاختبارات، وحزم المشاريع في حاويات Docker (للتطبيقات الخلفية)، ونشرها على السحابة. إذا كان لديك اشتراك Enterprise، فيمكنك الحصول على التعليمات البرمجية المصدر التي تم إنشاؤها لاستضافة تطبيقاتك المحلية، مما يمنحك التحكم الكامل في عمليات النشر الخاصة بك.
التكامل مع تقنيات WebSocket
يسمح لك AppMaster بدمج وظائف WebSocket مباشرة في تطبيقاتك. يمكّن AppMaster المطورين من التركيز على تصميم وتنفيذ اتصالات WebSocket الفعالة لتطبيقاتهم في الوقت الفعلي من خلال الاهتمام بالتكنولوجيا الأساسية وتوفير أدوات التطوير المرئية. تضمن مرونة النظام الأساسي إمكانية إنشاء واجهات برمجة تطبيقات WebSocket بسهولة، وإدارة اتصالات WebSocket، وتصميم نماذج البيانات الضرورية والمنطق للعمل مع بيانات WebSocket.
تطوير تطبيقات في الوقت الفعلي لحالات الاستخدام عالية التحميل
بفضل الإمكانات الرائعة لـ AppMaster ، تعد التطبيقات التي تم إنشاؤها مثالية لحالات الاستخدام عالية التحميل على مستوى المؤسسة. يدعم النظام الأساسي قواعد البيانات المتوافقة مع Postgresql كقاعدة بيانات أساسية، وتعمل التطبيقات الخلفية المترجمة عديمة الحالة بشكل جيد مع البيئات القابلة للتطوير. باستخدام AppMaster لتطوير WebSocket، يمكنك التأكد من أن تطبيقاتك في الوقت الفعلي تلبي متطلبات سيناريوهات التحميل العالي، مما يوفر اتصال WebSocket موثوقًا وفعالًا.
AppMaster هي أداة لا تقدر بثمن للمطورين الذين يتطلعون إلى إنشاء تطبيقات في الوقت الحقيقي تعتمد على WebSocket. إن تصميمها المرئي وكود المصدر الذي تم إنشاؤه وتكامل WebSocket السلس ودعم حالات الاستخدام القابلة للتطوير وعالية التحميل يجعل النظام الأساسي الخيار الأفضل للشركات والمطورين على حدٍ سواء. لا تدع تعقيدات تطوير WebSocket تعيقك؛ استمتع بتجربة قوة AppMaster وقم بإنشاء تطبيقات مبتكرة في الوقت الفعلي بسهولة.
