Echtzeitsysteme sind Rechnersysteme, die auf Ereignisse reagieren und Daten in Echtzeit verarbeiten können. Sie sorgen für rechtzeitige und genaue Reaktionen auf externe Ereignisse und bewältigen effizient Aufgaben in verschiedenen Bereichen wie Finanzen, Logistik, Spiele, Gesundheitswesen und mehr. Echtzeitsysteme sind in der modernen Softwareentwicklung von entscheidender Bedeutung, da sie die nahtlose Kommunikation zwischen Clients und Servern von Web- und Mobilanwendungen ermöglichen.
Den Entwicklern stehen verschiedene Technologien und Protokolle zur Verfügung, um die Funktionen von Echtzeitanwendungen zu implementieren. Zu diesen Protokollen gehören WebSockets, SignalR, Server-Sent Events (SSE) und Long Polling, die unterschiedliche Leistungsstufen, Latenzzeiten und eine einfache Implementierung bieten. Die Wahl der richtigen Technologie für die Echtzeitkommunikation kann sich erheblich auf die Effizienz und Reaktionsfähigkeit Ihrer Anwendung auswirken. In diesem Artikel werden wir zwei beliebte Lösungen für die Architektur von Echtzeitsystemen untersuchen: WebSockets und SignalR. Wir erfahren, wie sie funktionieren, welche Vorteile sie bieten, welche Anwendungsfälle es gibt und wie Sie die richtige Lösung für Ihre Anwendung auswählen können.
Verstehen von WebSockets
WebSocket ist ein Kommunikationsprotokoll, das echte bidirektionale Echtzeitkommunikation zwischen einem Client und einem Server über eine einzige, dauerhafte Verbindung ermöglicht. Im Gegensatz zum traditionellen Anfrage-Antwort-Modell unterhält WebSocket eine Vollduplex-Verbindung mit geringer Latenz, die eine kontinuierliche Datenübertragung zwischen Client und Server ermöglicht. Das WebSocket-Protokoll ist so konzipiert, dass es über dieselben Ports wie HTTP und HTTPS (Ports 80 bzw. 443) funktioniert, wodurch es mit der bestehenden Web-Infrastruktur kompatibel ist.
WebSockets verwenden einen anfänglichen HTTP-Handshake, um die Verbindung herzustellen, gefolgt von einer Datenübertragung mit WebSocket-Frames. Sobald die Verbindung hergestellt ist, können die Daten in beide Richtungen gleichzeitig fließen, was die Latenzzeit verringert und die Technologie ideal für Echtzeitanwendungen wie Online-Chat, Benachrichtigungen und Live-Updates macht. Einige Vorteile der Verwendung von WebSockets sind:
- Geringe Latenzzeit: WebSockets bieten eine dauerhafte Verbindung, die den Overhead beim Aufbau und Schließen von Verbindungen reduziert, was zu geringeren Latenzzeiten führt.
- Vollduplex-Kommunikation: Der bidirektionale Datenfluss ermöglicht es sowohl dem Server als auch dem Client, Daten gleichzeitig zu senden und zu empfangen, was die Reaktionsfähigkeit von Echtzeitanwendungen verbessert.
- Kompatibilität: WebSocket funktioniert über HTTP- und HTTPS-Ports und ist daher mit der bestehenden Web-Infrastruktur kompatibel.
- Skalierbarkeit: WebSocket-basierte Anwendungen können mit verschiedenen Techniken skaliert werden, z. B. durch Lastausgleich und horizontale Skalierung.
Dennoch haben WebSockets potenzielle Nachteile und sind möglicherweise nicht für alle Szenarien geeignet. Einige Nachteile der Verwendung von WebSockets sind:
- Komplexität: Die Implementierung von WebSocket-basierten Systemen kann schwieriger sein als die Verwendung von Bibliotheken auf höherer Ebene wie SignalR, da sie eine manuelle Verwaltung des Verbindungsaufbaus, der Fehlerbehandlung und des Nachrichtenframings erfordert.
- Begrenzte Unterstützung: Obwohl die meisten modernen Browser das WebSocket-Protokoll unterstützen, kann es sein, dass einige ältere Browser und Plattformen es nicht unterstützen, was seine Reichweite einschränkt.
Erste Schritte mit SignalR
SignalR ist eine Open-Source-Bibliothek von Microsoft, die die Entwicklung von Echtzeit-Webanwendungen vereinfacht. Sie ermöglicht Entwicklern die bidirektionale Kommunikation zwischen Client und Server und bietet eine Abstraktion über verschiedene Transportprotokolle wie WebSockets, Server-Sent Events und Long Polling. SignalR wählt automatisch die beste Kommunikationsmethode auf der Grundlage der Client- und Server-Fähigkeiten aus und gewährleistet so optimale Leistung und Kompatibilität.
Bildquelle: Microsoft Learn
SignalR bietet eine benutzerfreundliche API zum Erstellen von Echtzeitanwendungen, die die Leistungsfähigkeit der asynchronen Programmierung in .NET nutzt. Entwickler können serverseitige Hubs erstellen, die Client-Verbindungen handhaben, Darstellungen von Clients verwalten und Nachrichten an verbundene Clients senden. Client-seitige Bibliotheken für SignalR sind für verschiedene Plattformen verfügbar, darunter JavaScript, .NET und Java. Einige Vorteile der Verwendung von SignalR sind:
- Einfachheit: SignalR bietet Abstraktionen und APIs auf hoher Ebene, was die Entwicklung von Echtzeitanwendungen einfacher macht als die direkte Verwendung von WebSockets.
- Automatische Protokollauswahl: SignalR wählt automatisch das beste Kommunikationsprotokoll auf der Grundlage der Client- und Serverfähigkeiten aus und gewährleistet so eine reibungslose Benutzererfahrung unabhängig von der zugrunde liegenden Technologie.
- Breite Plattformunterstützung: SignalR enthält clientseitige Bibliotheken für verschiedene Plattformen, darunter JavaScript, .NET und Java, und ist damit äußerst vielseitig und für verschiedene Anwendungen geeignet.
- Skalierung: SignalR ist darauf ausgelegt, die Skalierung über mehrere Server hinweg zu unterstützen, und bietet integrierte Mechanismen zur Handhabung, wie z. B. die Verwendung von Redis, Azure Service Bus oder benutzerdefinierten Backplanes.
Dennoch hat SignalR einige potenzielle Nachteile, die Entwickler berücksichtigen sollten:
- Abhängigkeit von .NET: SignalR basiert auf der .NET-Technologie, was für Entwickler, die mit der Plattform nicht vertraut sind oder andere Sprachen und Frameworks bevorzugen, möglicherweise nicht ideal ist.
- Leistung: SignalR bietet zwar eine intuitive API und eine funktionsreiche Bibliothek, kann aber im Vergleich zur direkten Verwendung von WebSockets einen gewissen zusätzlichen Overhead verursachen, der sich möglicherweise auf die Leistung und die Latenzzeit auswirkt.
Wann sollte man WebSockets gegenüber SignalR bevorzugen?
Obwohl sowohl WebSockets als auch SignalR leistungsstarke Technologien für die Echtzeitkommunikation in Webanwendungen sind, gibt es bestimmte Szenarien, in denen eine der beiden Technologien besser geeignet ist als die andere. In diesem Abschnitt wird erörtert, wann WebSockets im Vergleich zu SignalR eine bessere Wahl sein können.
Low-Level-Kontrolle über die Verbindung
WebSockets bieten im Vergleich zu SignalR eine direktere Kontrolle über die Verbindungen. SignalR bietet zwar High-Level-Abstraktionen zur Vereinfachung der Echtzeitkommunikation, kann aber für einige Anwendungsfälle nicht die erforderliche Granularität bieten. WebSockets sind besser geeignet, wenn Sie die Kontrolle über Ihre Verbindungen auf einer niedrigeren Ebene benötigen, einschließlich der Verwaltung von Verbindungszuständen, der Behandlung von Fehlern und der Anpassung des Datenframings.
Geringere Latenz
WebSocket-Verbindungen bieten eine geringere Latenz als SignalR, da sie einen direkten, dauerhaften und bidirektionalen Kommunikationskanal zwischen dem Client und dem Server bereitstellen. SignalR bietet zwar eine Reihe von Annehmlichkeiten, kann aber aufgrund der zugrundeliegenden Transportmechanismen, die es verwendet, wie z. B. langes Polling und vom Server gesendete Ereignisse, eine geringfügige zusätzliche Latenzzeit verursachen.
Plattform-Kompatibilität
SignalR ist zwar eine hervorragende Lösung für .NET-basierte Anwendungen, aber für Plattformen, auf denen SignalR nicht verfügbar ist oder nicht vollständig unterstützt wird, wie z. B. Nicht-Windows-Umgebungen, ist es möglicherweise nicht geeignet. In diesen Fällen können WebSockets eine universellere Lösung bieten, die über verschiedene Plattformen und Umgebungen hinweg funktioniert.
Vermeidung von zusätzlichen Abhängigkeiten
Die Wahl von WebSockets könnte eine bessere Option sein, wenn Sie die Anzahl der externen Abhängigkeiten in Ihrem Projekt minimieren möchten. WebSockets sind ein integraler Bestandteil des HTML5-Standards und werden von den meisten modernen Browsern und serverseitigen Technologien nativ unterstützt. Im Gegensatz dazu würde die Verwendung von SignalR die Integration einer externen Bibliothek in Ihr Projekt erfordern.
SignalR vs. WebSockets: Bewertung der Leistung
Um die Unterschiede zwischen WebSockets und SignalR in Bezug auf die Leistung besser zu verstehen, müssen wir mehrere Faktoren berücksichtigen.
Latenz
WebSockets bieten in der Regel eine geringere Latenzzeit als SignalR. Wie bereits erwähnt, ist dies auf die direkte, bidirektionale und dauerhafte Verbindung zwischen Client und Server zurückzuführen, die WebSocket bietet. SignalR bietet zwar eine Reihe von Transportmechanismen, kann aber bei bestimmten Szenarien eine geringfügige zusätzliche Latenz verursachen.
Durchsatz von Nachrichten
WebSocket-Verbindungen können im Vergleich zu SignalR im Allgemeinen mehr Nachrichten pro Sekunde verarbeiten, da sie weniger Overhead pro Nachricht verursachen. Dieser Vorteil ist jedoch für die meisten realen Szenarien, in denen ein geringer Unterschied im Nachrichtendurchsatz nicht kritisch ist, nicht von Bedeutung.
Ressourcenverbrauch
Der Ressourcenverbrauch ist ein weiterer wichtiger Faktor, der beim Vergleich der Leistung von WebSockets und SignalR zu berücksichtigen ist. WebSocket-Verbindungen verbrauchen aufgrund ihres leichtgewichtigen Protokolls tendenziell weniger Ressourcen, während SignalR aufgrund seiner Abhängigkeit von mehreren Transporten und Funktionen mehr Ressourcen verbrauchen kann. Der tatsächliche Unterschied im Ressourcenverbrauch kann jedoch je nach spezifischer Implementierung und Anwendungsfall variieren.
Skalierbarkeit
Sowohl WebSockets als auch SignalR unterstützen die Skalierung, um eine wachsende Anzahl von Clients unterzubringen, aber sie handhaben dies unterschiedlich. Bei WebSockets müssen Sie Lastausgleich, horizontale Skalierung und andere Techniken implementieren, um eine angemessene Skalierbarkeit zu gewährleisten. SignalR hingegen bietet integrierte Unterstützung für die Skalierung über mehrere Server mit verschiedenen Methoden wie Nachrichtenbussen und Backplanes.
Integration von WebSocket und SignalR mit AppMaster
AppMaster, eine leistungsstarke No-Code-Plattform für die Erstellung von Web- und Mobilanwendungen, ermöglicht die nahtlose Integration mit WebSocket- und SignalR-Technologien. Dadurch können Sie Echtzeit-Kommunikationsfunktionen in Ihre Anwendungen einbauen, ohne dass Sie über umfangreiche Programmierkenntnisse verfügen müssen. Mit der visuellen Drag-and-Drop-Oberfläche von AppMaster können Sie Datenmodelle erstellen, Geschäftsprozesse entwerfen und REST-API und WSS endpoints implementieren, die je nach Bedarf durch WebSocket oder SignalR unterstützt werden können.
Darüber hinaus generiert die Plattform AppMaster den Quellcode für die Anwendungen und stellt sie in der Cloud bereit, um sicherzustellen, dass Ihre Lösung skalierbar und leistungsoptimiert ist. Durch die Integration von WebSocket und SignalR mit AppMaster können Sie schnell Echtzeit-Web- und Mobilanwendungen entwickeln, die sowohl leistungsstark als auch skalierbar sind. So kann sich Ihr Team auf die Bereitstellung von Mehrwert für Ihre Benutzer konzentrieren, anstatt Zeit mit undifferenzierten Aufgaben wie dem Schreiben von Standardcode und der Verwaltung der Serverinfrastruktur zu verbringen.
"Bei Software geht es nicht um Methodologien, Sprachen oder gar Betriebssysteme. Es geht um funktionierende Anwendungen", wie Christopher Baus, ein amerikanischer Softwareentwickler und Engineering Manager, weise feststellte. Unabhängig davon, ob Sie sich für die Verwendung von WebSockets oder SignalR in Ihren Anwendungen entscheiden, bietet AppMaster eine flexible Lösung ( no-code), mit der Sie Echtzeitanwendungen in großem Umfang entwerfen, erstellen und starten können. Um loszulegen, erstellen Sie ein kostenloses Konto und erkunden Sie die breite Palette an Funktionen und Integrationen, die AppMaster bietet.
