WebSocketプロトコルは、単一の長期接続を介したクライアントとサーバー間の双方向のデータ交換を容易にするリアルタイム通信プロトコルです。従来の HTTP 通信とは異なり、WebSocket では全二重通信が可能になります。つまり、データが両方向に同時に流れることができ、ネットワークのパフォーマンスとアプリケーションの効率が向上します。
WebSocket 接続は、オンライン ゲーム、チャット アプリケーション、株式取引プラットフォームなど、低遅延通信が不可欠なリアルタイム アプリケーションに特に役立ちます。このプロトコルにより、高速かつ効率的なデータ転送が保証され、オーバーヘッドが削減され、ユーザー エクスペリエンスが向上します。 WebSocket は、最新のリアルタイム Web アプリケーションおよびサービスを構築するために不可欠になっています。
WebSocket と従来の HTTP
WebSocket プロトコルと従来の HTTP はどちらもネットワーク通信プロトコルですが、異なるユースケースに対応しており、動作に根本的な違いがあります。 WebSocket と HTTP の主な違いは次のとおりです。
- 全二重通信と半二重: WebSocket は全二重通信をサポートしており、双方向での同時データ転送が可能です。一方、従来の HTTP はデータの送受信を交互に行う半二重通信を使用するため、遅延が大きくなります。
- 永続的な接続とコネクションレス: WebSocket 接続は、クライアントとサーバー間の通信プロセス全体を通じてアクティブなままです。対照的に、HTTP はコネクションレス プロトコルです。つまり、要求と応答の交換ごとに新しい接続を開いたり閉じたりする必要があるため、オーバーヘッドが増加し、パフォーマンスが低下します。
- 効率と遅延: WebSocket プロトコルはクライアントとサーバー間の単一のオープンな接続を維持するため、オーバーヘッドとネットワーク遅延が軽減されます。それでも、HTTP 通信は複数の要求と応答の接続に依存しているため、オーバーヘッドが徐々に増加し、パフォーマンスに悪影響を及ぼします。
- バイナリ データとテキスト データ: WebSocket はバイナリ データとテキスト ベースのデータを処理できますが、HTTP は主にテキスト ベースであるため、バイナリ情報を効率的に処理する能力には限界があります。
- ストリーミング サポート: WebSocket はデータ ストリーミングをサポートしており、大きなペイロードを小さなチャンクに分割して段階的に送信できます。対照的に、HTTP ではすべてのデータを一度に送信する必要があるため、リソースの使用量と応答時間が増加します。
これらの利点により、WebSocket はリアルタイム通信と低遅延データ転送を必要とするアプリケーションにとって頼りになるプロトコルとなっています。 WebSocket は永続的な接続を維持することにより、Web およびモバイル アプリケーションのユーザー エクスペリエンスと効率を向上させます。
WebSocket プロトコルの仕組み
WebSocket プロトコルは、単一の存続期間の長い接続を使用して、クライアントとサーバー間の効率的なリアルタイム通信を提供するように設計されています。基本的に、WebSocket はクライアントとサーバーの間に永続的な接続を確立し、「フレーム」と呼ばれる小さなセグメントでデータを交換します。 WebSocket プロトコルの仕組みをさらに詳しく説明します。
- WebSocket ハンドシェイク: WebSocket 接続は、クライアントによって開始されたハンドシェイクで始まります。このハンドシェイクは、サーバーに HTTP から WebSocket プロトコルに切り替えるよう信号を送信する特別な「アップグレード」ヘッダーを持つ標準 HTTP リクエストで始まります。サーバーが WebSocket をサポートしている場合、サーバーは対応する「アップグレード」応答で応答し、ハンドシェイクを完了して WebSocket 接続を確立します。
- WebSocket フレーム:接続が確立されると、WebSocket フレームを使用してクライアントとサーバーの間でデータが交換されます。フレームは、制御情報を含むヘッダーと、それに続くペイロードで構成されます。フレームは制御フレームまたはデータ フレームのいずれかであり、制御フレームは接続を管理し、データ フレームはテキストまたはバイナリ データを伝送します。
- WebSocket 通信: WebSocket 接続により、クライアントとサーバー間の双方向のリアルタイム通信が可能になります。データを同時に送受信できるため、遅延が減少し、ネットワークのパフォーマンスが向上します。接続は、クライアントまたはサーバーによって明示的に閉じられるか、ネットワーク エラーやその他の問題により接続が中断されるまで、開いたままになります。
WebSocket プロトコルはネットワーク通信パフォーマンスを大幅に向上させ、現代の Web 開発の重要なコンポーネントとなっています。 WebSocket は、データ交換のために単一の永続的な接続を維持することにより、オーバーヘッドを削減し、効率を高め、エンドユーザーに優れたエクスペリエンスを提供します。
WebSocket ハンドシェイク: HTTP からのアップグレード
クライアントとサーバーが WebSocket プロトコルを使用して通信できるようにするには、WebSocket ハンドシェイクを実行して接続を確立する必要があります。ハンドシェイクは HTTP リクエストで始まり、その後 WebSocket 接続にアップグレードされて、双方向通信が可能になります。
クライアントは、WebSocket 接続を確立する意図を示す「Upgrade」ヘッダーと「Connection」ヘッダーを含む HTTP GET リクエストをサーバーに送信することでハンドシェイクを開始します。リクエストには、クライアントによって生成された、base64 でエンコードされたランダム値である Sec-WebSocket-Key ヘッダーも含まれています。この値は、サーバーがハンドシェイク要求を正しく処理し、応答することを保証するのに役立ちます。
GET /websocket HTTP/1.1 Host: example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Sec-WebSocket-Version: 13 Origin: http://example.comリクエストを受信すると、サーバーはそれを処理し、クライアントが WebSocket プロトコルと互換性があることを確認します。サーバーが WebSocket 接続をサポートしている場合は、「アップグレード」ヘッダーと「接続」ヘッダーとともに、HTTP 101 スイッチング プロトコルのステータス コードで応答します。また、サーバーはクライアントの Sec-WebSocket-Key を固定 GUID でハッシュすることによって一意の Sec-WebSocket-Accept 値を作成し、それを応答で返します。
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=クライアントがサーバーの応答を受信して検証すると、WebSocket 接続が確立され、クライアントとサーバー間の双方向通信が可能になります。
WebSocket フレーム: データの構造化
WebSocket 接続が確立されると、データは WebSocket フレームとして交換されます。これらのフレームには、WebSocket 通信に必要な制御情報とデータ情報が含まれています。 WebSocket プロトコルは、テキスト、バイナリ、コントロール フレームなどのさまざまなフレーム タイプを定義し、それぞれが特定の目的を果たします。
テキスト フレームとバイナリ フレームは、クライアントとサーバーの間でアプリケーション データを送信します。テキスト フレームには UTF-8 でエンコードされたテキストが含まれ、バイナリ フレームには任意のバイナリ データが含まれます。制御フレームは接続を管理するために使用され、ピン、ポン、クローズ フレームなどのタイプが含まれます。ピンおよびポン フレームは接続の健全性をチェックするために使用され、クローズ フレームは接続の終了を開始します。
WebSocket フレームはいくつかの部分で構成されます。
- FIN ビット:メッセージの最後のフレームを示す単一ビット。
- オペコード:フレームのタイプを表す 4 ビット値 (テキスト、バイナリ、またはコントロールなど)。
- マスクビット:ペイロードデータがマスクされているかどうかを示す単一ビット。
- ペイロード長:ペイロード データの長さを表す 7 ビット、16 ビット、または 64 ビットの値。
- マスキング キー:ペイロード データ (マスクされている場合) のマスクを解除するために使用される 32 ビット値。
- ペイロード データ:フレームによって伝送されるデータ。
このプロトコルは、データを WebSocket フレームに構造化することで、クライアントとサーバー間の効率的で信頼性の高い通信を保証します。
WebSocket サブプロトコル: 基本プロトコルの拡張
WebSocket サブプロトコルは、基本 WebSocket プロトコルの上に構築されたアプリケーション固有のプロトコルです。これらのサブプロトコルを使用すると、開発者は特定の使用例に合わせてカスタムの通信ルールと規約を定義でき、WebSocket の機能をさらに拡張できます。基本プロトコルが十分な機能を提供しないシナリオでは、通信プロセスを強化するためにサブプロトコルが機能します。
サブプロトコルは、WebSocket ハンドシェイク プロセス中にクライアントとサーバーによって定義されます。クライアントは、最初のハンドシェイク要求に Sec-WebSocket-Protocol ヘッダーを含めて、サポートされている 1 つ以上のサブプロトコルを指定します。例えば：
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.comリクエストを受信すると、サーバーは提案されたサブプロトコルを検討し、サポートするサブプロトコルを選択します。次に、選択したサブプロトコルをハンドシェイク応答の Sec-WebSocket-Protocol ヘッダーに含めます。
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk= Sec-WebSocket-Protocol: subprotocol1ハンドシェイクが完了すると、クライアントとサーバーは、選択されたサブプロトコルを使用して、そのルールと規約に従って通信します。
WebSocket サブプロトコルは標準化することもカスタム設計することもでき、その使用法はアプリケーションの特定のニーズに応じて異なります。標準化されたサブプロトコルの例には、IoT デバイス通信用の MQTT やメッセージング アプリケーション用の XMPP などがあります。
WebSocket API: ブラウザの実装と使用例
WebSocket API は、Web ブラウザー用の WebSocket プロトコルのJavaScript実装です。これは、開発者が WebSocket 接続を介してクライアント (Web アプリケーション) とサーバーの間でリアルタイムの双方向通信を作成するためのインターフェイスを提供します。
サーバーとの WebSocket 接続を確立するために、次のコード スニペットは、JavaScript を使用して WebSocket インスタンスを作成する方法を示しています。 ``` 上記のコードは、「ws」（非セキュア）または「wss」（セキュア）スキームを使用してサーバーの WebSocket URL を指定して、新しい WebSocket インスタンスを作成します。接続が確立されると、 open 、 message 、 error 、 closeのイベントを利用して、クライアントとサーバー間の通信を処理できます。
WebSocket API でイベント ハンドラーを使用する例を次に示します。 // メッセージをリッスンするソケット.addEventListener('message', (event) => { console.log('サーバーからのメッセージ: ',event.data); }); // エラーを処理します。 // 接続が閉じられましたsocket.addEventListener('close', (event) => { console.log('WebSocket 接続が閉じられました:',event); }); ``` WebSocket API は、以下を含むさまざまなリアルタイム Web アプリケーションで使用されます。
- チャット アプリケーション:ユーザーは、頻繁にポーリングしたり手動で更新したりすることなく、他のユーザーとリアルタイムでテキスト メッセージを交換できます。
- リアルタイム通知:電子メール通知、タスクの更新、マルチユーザー コラボレーションなどのイベントの更新をサービスまたはデバイスから即時に受信します。
- ライブ コラボレーション ツール:ドキュメント、スプレッドシート、またはプレゼンテーションを複数のユーザーと同時に編集し、シームレスなコラボレーションとバージョン管理を可能にします。
セキュリティに関する考慮事項とベストプラクティス
WebSocket 接続のセキュリティを確保することは、データを保護し、アプリケーションの整合性を維持するために不可欠です。 WebSocket 通信を実装する際に従うべき重要なセキュリティ上の考慮事項とベスト プラクティスを以下に示します。
- 同一オリジン ポリシー:同一オリジン ポリシーを適用して、WebSocket 接続を Web アプリケーションと同じドメインに制限します。このポリシーは、クロスサイト リクエスト フォージェリ (CSRF) 攻撃の防止に役立ちます。
- 安全な WebSocket 接続 (WSS): 「wss」URL スキームを使用して、安全な WebSocket 接続を確保します。このプロトコルは、トランスポート層セキュリティ (TLS) を使用してクライアントとサーバー間で送信されるデータを暗号化し、盗聴や中間者攻撃を防ぎます。
- ユーザー入力を検証する:サーバー側でユーザー入力を常にチェックして検証し、入力が適切な形式で安全で、期待される形式に準拠していることを確認します。ユーザー入力を直接実行することを避け、入力サニタイズを利用してクロスサイト スクリプティング (XSS) や SQL インジェクションなどの攻撃を防ぎます。
- 予期しない切断を処理する:予期しない切断やサーバー障害から回復するためのエラー処理メカニズムを実装します。アプリケーションのコンテキストに応じて、サービスの継続性を維持するために、指数バックオフまたは代替フェールオーバー サーバーを使用した再試行戦略の使用を検討してください。
- 認証と認可: WebSocket 接続に適切な認証および認可メカニズムを採用し、認可されたユーザーのみがデータにアクセスしたりアクションを実行できるようにします。これには、セッション トークン、API キー、または OAuth トークンを使用して、WebSocket リソースへのアクセスを保護することが含まれる場合があります。
実世界のアプリケーションにおける WebSocket
WebSocket プロトコルは、双方向の低遅延通信機能により、現実のアプリケーションで広く使用されています。一般的な使用例の例としては、次のようなものがあります。
- チャット アプリケーション:チャット アプリケーションを構築するには、ユーザー間のリアルタイムのコミュニケーションが必要です。 WebSocket プロトコルを使用すると、繰り返しのポーリングや従来の HTTP 要求/応答サイクルのオーバーヘッドなしで、効率的なリアルタイム メッセージングが可能になります。
- オンライン ゲーム:リアルタイム ゲーム アプリケーションでは、クライアントとサーバー間の迅速なデータ交換が必要です。 WebSocket は低遅延の双方向通信を提供し、スムーズで応答性の高い対話によりゲーム エクスペリエンスを向上させます。
- リアルタイム通知: WebSocket を使用すると、クライアントとサーバー間の継続的な接続により、ソーシャル メディア フィード、電子メール通知、タスク追跡更新などのライブ アップデート機能を実装できます。
- ライブ イベント ストリーミング:スポーツ中継、オーディオおよびビデオ ストリーム、株式市場の最新情報などのライブ イベントのストリーミングは、WebSocket によって促進される高速で信頼性の高いメッセージ交換の恩恵を受けます。
- 金融取引プラットフォーム:金融プラットフォームは、株価やその他の市場データのリアルタイム更新に依存しています。 WebSocket は低遅延通信を提供し、プラットフォームが世界中のユーザーにアップデートを迅速に配信できるようにします。
- IoT デバイス通信:モノのインターネット (IoT)デバイスは、多くの場合、監視と制御のためにバックエンド サーバーとのリアルタイム データ交換を必要とします。 WebSocket は通信を簡素化し、接続されたデバイスのより高速かつ効率的な管理を可能にします。
Web、モバイル、およびバックエンド アプリケーションに WebSocket 機能を実装するための、 AppMaster は、WebSocket 統合をサポートする強力なノーコードプラットフォームです。 AppMaster使用すると、ユーザーは WebSocket API を作成、管理、カスタマイズできるため、リアルタイム アプリケーションの開発プロセスが簡素化されます。 AppMaster 、その多用途な機能により、開発者が WebSocket テクノロジーの可能性を最大限に活用して、スケーラブルで安全かつ効率的なアプリケーションを作成できるようにします。
WebSocket開発にAppMaster活用する
WebSocket 機能を使用したリアルタイム アプリケーションの開発は、複雑で時間のかかるプロセスになる場合があります。ここで、強力なno-codeプラットフォームであるAppMaster 、WebSocket 通信の実装を検討している開発者や企業に大きなメリットを提供できます。
AppMasterバックエンド、Web、およびモバイル アプリケーションを構築するための視覚的で合理化されたプラットフォームを提供することにより、アプリ開発のあり方を変えました。 WebSocket の機能を活用することで、WebSocket サポートを備えた高度なリアルタイム アプリケーションを簡単に設計および作成できます。
ビジュアルデザインとビジネスロジックの作成
AppMasterを使用する主な利点の 1 つはdrag-and-dropインターフェイスを使用して視覚的に作業し、アプリケーションの UI コンポーネントを作成できることです。さらに、このプラットフォームは、すべてのコンポーネントのビジネス ロジックを作成するための専用のビジネス プロセス (BP) デザイナーを提供します。これにより、WebSocket の操作が簡素化され、対話型のリアルタイム アプリケーションを迅速かつ効率的に作成できるようになります。
生成されたソースコードとアプリケーションのコンパイル
AppMasterバックエンド アプリケーションの場合は Go、Web アプリケーションの場合は JS/TS を使用したVue3 、Android と iOS のモバイル アプリケーションの場合はKotlinとSwiftUIなどの一般的な言語でアプリケーションのソース コードを生成します。プラットフォームはアプリケーションをコンパイルし、テストを実行し、プロジェクトをDocker コンテナー(バックエンド アプリケーション用) にパッケージ化して、クラウドにデプロイします。 Enterprise サブスクリプションをお持ちの場合は、生成されたソース コードを受け取ってアプリケーションをオンプレミスでホストできるため、展開を完全に制御できます。
WebSocket テクノロジーとの統合
AppMaster使用すると、WebSocket 機能をアプリケーションに直接統合できます。 AppMaster使用すると、開発者は基盤となるテクノロジを処理し、ビジュアル開発ツールを提供することで、リアルタイム アプリケーションの効率的な WebSocket 通信の設計と実装に集中できます。このプラットフォームの柔軟性により、WebSocket API の作成、WebSocket 接続の管理、WebSocket データを操作するために必要なデータ モデルとロジックの設計が簡単に行えます。
高負荷のユースケース向けのリアルタイム アプリケーションの開発
AppMasterの優れた機能のおかげで、生成されたアプリケーションは高負荷のエンタープライズレベルのユースケースに最適です。このプラットフォームはプライマリ データベースとしてPostgresql互換データベースをサポートしており、コンパイルされたステートレス バックエンド アプリケーションはスケーラブルな環境で適切に機能します。 WebSocket 開発にAppMasterを使用すると、リアルタイム アプリケーションが高負荷シナリオの要求を確実に満たし、信頼性が高く効率的な WebSocket 通信を提供できます。
AppMaster 、WebSocket ベースのリアルタイム アプリケーションを作成しようとしている開発者にとって非常に貴重なツールです。そのビジュアル デザイン、生成されたソース コード、シームレスな WebSocket 統合、およびスケーラブルで高負荷のユースケースのサポートにより、このプラットフォームは企業と開発者の両方にとって最高の選択肢となっています。 WebSocket 開発の複雑さのために躊躇しないでください。 AppMasterのパワーを体験し、革新的なリアルタイム アプリケーションを簡単に作成できます。
