リアルタイム・システムとは、リアルタイムで発生するイベントに反応し、データを処理するように設計されたコンピューティング・システムである。金融、ロジスティクス、ゲーム、ヘルスケアなど、さまざまな領域のタスクを効率的に処理し、外部イベントへのタイムリーで正確な応答を保証します。リアルタイム・システムは現代のソフトウェア開発において極めて重要であり、クライアントとサーバー間のシームレスなウェブアプリケーションやモバイルアプリケーションの通信を可能にする。
リアルタイム・アプリケーションの機能を実装するために、開発者はさまざまな技術やプロトコルを利用できる。これらのプロトコルには、WebSocket、SignalR、Server-Sent Events (SSE)、Long Pollingなどがあり、パフォーマンス・レベル、レイテンシー、実装の容易さが異なります。リアルタイム通信に適切なテクノロジーを選択することは、アプリケーションの効率と応答性に大きく影響します。この記事では、リアルタイム・システム・アーキテクチャのための2つの一般的なソリューションを探ります：WebSocketとSignalRです。この記事では、WebSocketとSignalRという、リアルタイム・システム・アーキテクチャのための2つの人気ソリューションについて、その仕組み、利点、使用例、そしてアプリケーションに適したソリューションの選び方について掘り下げていきます。
WebSocketを理解する
WebSocketは、単一の永続的な接続を介してクライアントとサーバー間の真のリアルタイム双方向通信を可能にする通信プロトコルです。従来のリクエスト-レスポンス・モデルとは異なり、WebSocketは低遅延の全二重接続を維持し、クライアントとサーバー間の継続的なデータ転送を可能にします。WebSocketプロトコルは、HTTPとHTTPSと同じポート（それぞれポート80と443）で動作するように設計されており、既存のWebインフラストラクチャと互換性があります。
WebSocketは、最初のHTTPハンドシェイクで接続を確立し、その後、WebSocketフレームを使用してデータを送信します。接続が確立されると、データは同時に双方向に流れるため、待ち時間が短縮され、オンライン・チャット、通知、ライブ・アップデートなどのリアルタイム・アプリケーションに最適です。WebSocketを使用する利点は以下の通りです：
- 低遅延：WebSocketは持続的な接続を提供するため、接続の作成と切断のオーバーヘッドが削減され、低遅延につながります。
- 全二重通信：双方向のデータフローにより、サーバーとクライアントが同時にデータを送受信できるため、リアルタイム・アプリケーションの応答性が向上します。
- 互換性：WebSocketはHTTPおよびHTTPSポートで動作するため、既存のWebインフラストラクチャと互換性があります。
- スケーラビリティ：WebSocketベースのアプリケーションは、ロードバランシングや水平スケーリングなどのさまざまなテクニックを使用して拡張することができます。
それでも、WebSocketには潜在的な欠点があり、すべてのシナリオに適しているとは限りません。WebSocketを使用するデメリットには、以下のようなものがある：
- 複雑さ：WebSocketベースのシステムを実装するのは、接続のセットアップ、エラー処理、メッセージのフレーミングを手動で管理する必要があるため、SignalRのような高レベルのライブラリを使用するよりも難しい場合があります。
- 限られたサポート：ほとんどのモダンブラウザはWebSocketプロトコルをサポートしていますが、一部の古いブラウザやプラットフォームはサポートしていない場合があり、その範囲は限定されます。
SignalRを始める
SignalRは、リアルタイムWebアプリケーションの構築を簡素化するオープンソースのMicrosoftライブラリです。WebSocket、Server-Sent Events、Long Pollingなどの様々なトランスポートプロトコルを抽象化し、クライアントとサーバー間の双方向通信を追加することができます。SignalRは、クライアントとサーバーの能力に基づいて最適な通信方法を自動的に選択し、最適なパフォーマンスと互換性を保証します。
画像ソースMicrosoft Learn
SignalRは、.NETの非同期プログラミングのパワーを活用して、リアルタイムアプリケーションを構築するための使いやすいAPIを提供します。開発者は、クライアント接続を処理し、クライアントの表現を管理し、接続されたクライアントにメッセージをブロードキャストするサーバー側のハブを作成できます。SignalR用のクライアント側ライブラリは、JavaScript、.NET、Javaなど、さまざまなプラットフォームで利用可能です。SignalRを使用する利点は以下の通りです：
- シンプルさ：SignalRは、高レベルの抽象化とAPIを提供し、WebSocketを直接使用するよりもリアルタイムアプリケーションを簡単に構築できます。
- プロトコルの自動選択：SignalRは、クライアントとサーバーの能力に基づいて最適な通信プロトコルを自動的に選択するため、基礎となる技術に関係なくスムーズなユーザー体験を保証します。
- 幅広いプラットフォームのサポートSignalRは、JavaScript、.NET、Javaなど様々なプラットフォーム用のクライアントサイドライブラリを含んでおり、汎用性が高く、様々なアプリケーションに適しています。
- スケーリング：SignalRは、複数のサーバーにまたがるスケールアウトをサポートするように設計されており、Redis、Azure Service Bus、またはカスタムバックプレーンを使用するなど、それを処理するためのビルトインメカニズムを提供します。
とはいえ、SignalRには開発者が考慮すべき潜在的な欠点もある：
- .NETへの依存：SignalRは.NETテクノロジーに依存しているため、プラットフォームに不慣れな開発者や他の言語やフレームワークを好む開発者にとっては理想的ではないかもしれない。
- パフォーマンス：SignalRは、直感的なAPIと豊富な機能を持つライブラリを提供しますが、WebSocketを直接使用する場合と比較して、追加のオーバーヘッドが発生する可能性があり、パフォーマンスとレイテンシに影響を与える可能性があります。
SignalRよりもWebSocketsを選択する場合
WebSocketとSignalRはどちらもWebアプリケーションでリアルタイム通信を実現するための強力な技術ですが、どちらか一方が他方よりも適しているシナリオもあります。このセクションでは、SignalRと比較してWebSocketがより良い選択肢となる場合について説明します。
接続の低レベル制御
WebSocketは、SignalRと比較して、コネクションをより直接的に制御することができます。SignalRはリアルタイム通信を簡素化するために高レベルの抽象化を提供しますが、ユースケースによっては必要な粒度を提供しない場合があります。接続状態の管理、エラー処理、データフレームリングのカスタマイズなど、接続に対する低レベルの制御が必要な場合は、WebSocketsの方が良いかもしれません。
低レイテンシー
WebSocket接続は、クライアントとサーバー間の直接、永続的、双方向通信チャネルを提供するため、SignalRよりも低レイテンシを提供します。SignalRは、独自の便利なセットを提供する一方で、長いポーリングやサーバーが送信するイベントなど、使用する基本的なトランスポートメカニズムにより、わずかな追加レイテンシが発生する可能性があります。
プラットフォームの互換性
SignalRは、.NETベースのアプリケーションにとって優れたソリューションですが、SignalRが利用できない、または完全にサポートされていないプラットフォーム、例えばWindows以外の環境をターゲットにすることは適さないかもしれません。このような場合、WebSocketは、さまざまなプラットフォームや環境で動作する、より普遍的なソリューションを提供できます。
追加の依存関係を避ける
プロジェクト内の外部依存関係を最小限に抑えたい場合は、WebSocketを選択する方がよいかもしれない。WebSocketはHTML5標準の不可欠な部分であり、ほとんどのモダンブラウザとサーバーサイド技術でネイティブにサポートされています。対照的に、SignalRを使用すると、プロジェクトに外部ライブラリを統合する必要があります。
SignalRとWebSocketsの比較：パフォーマンス評価
パフォーマンス面でのWebSocketsとSignalRの違いをよりよく理解するためには、いくつかの要素を考慮する必要があります。
レイテンシー
WebSocketは通常、SignalRに比べてレイテンシーが低い。前述したように、これはWebSocketが提供するクライアントとサーバー間の直接、双方向、持続的な接続によるものです。SignalRは、さまざまなトランスポート・メカニズムを提供しますが、特定のシナリオでは、わずかな追加レイテンシが発生する可能性があります。
メッセージのスループット
WebSocket接続は一般的に、メッセージあたりのオーバーヘッドが少ないため、SignalRに比べて1秒あたりより多くのメッセージを処理できます。しかし、この利点は、メッセージスループットのわずかな違いが重要ではない、ほとんどの実世界のシナリオでは重要ではないかもしれません。
リソース消費
リソース消費は、WebSocketとSignalRのパフォーマンスを比較する際に考慮すべきもう一つの重要な要素です。WebSocket接続は、その軽量プロトコルのため、消費するリソースが少ない傾向にありますが、SignalRは、複数のトランスポートと機能に依存しているため、より多くのリソースを消費する可能性があります。それでも、リソース消費の実際の差は、特定の実装とユースケースによって異なる可能性があります。
スケーラビリティ
WebSocketとSignalRはどちらも、クライアントの増加に対応するためのスケーリングをサポートしていますが、その扱い方は異なります。WebSocketでは、適切なスケーラビリティを確保するために、ロードバランシング、水平スケーリング、その他のテクニックを実装する必要があります。一方、SignalRは、メッセージバスやバックプレーンなどのさまざまな方法を使用して、複数のサーバー間でスケーリングアウトするための組み込みサポートを備えています。
WebSocketとSignalRの統合AppMaster
AppMasterは、Webとモバイルアプリケーションを作成するための強力なノーコード・プラットフォームで、WebSocketとSignalRの両方の技術とシームレスに統合することができます。これにより、プログラミングの専門知識がなくても、リアルタイム通信機能をアプリケーションに組み込むことができます。AppMaster のビジュアルでドラッグ＆ドロップ可能なインターフェイスにより、データモデルの作成、ビジネスプロセスの設計、REST APIや WSSendpoints の実装が可能です。
さらに、AppMaster のプラットフォームがアプリケーションのソースコードを生成し、クラウドにデプロイするため、ソリューションのスケーラビリティとパフォーマンスの最適化が保証されます。WebSocketとSignalRをAppMaster に統合することで、パワフルでスケーラブルなリアルタイムのWebおよびモバイルアプリケーションを迅速に開発することができます。これにより、チームは、定型的なコードの記述やサーバー・インフラの管理といった未分化なタスクに時間を費やすのではなく、ユーザーに価値を提供することに集中することができます。
「ソフトウェアとは、方法論や言語、OSのことではありません。ソフトウェアとは、方法論や言語やオペレーティング・システムのことではないのだ。WebSocketとSignalRのどちらをアプリケーションに使用するにしても、AppMaster は、リアルタイム・アプリケーションを大規模に設計、構築、起動できる柔軟なno-code ソリューションを提供します。まずは無料アカウントを作成し、AppMaster が提供する幅広い機能と統合をお試しください。
