Protokół WebSocket to protokół komunikacji w czasie rzeczywistym, który umożliwia dwukierunkową wymianę danych między klientem a serwerem za pośrednictwem jednego, długotrwałego połączenia. W odróżnieniu od tradycyjnej komunikacji HTTP, protokół WebSocket umożliwia komunikację w trybie pełnego dupleksu, co oznacza, że dane mogą przepływać jednocześnie w obu kierunkach, co poprawia wydajność sieci i aplikacji.
Połączenia WebSocket są szczególnie przydatne w zastosowaniach czasu rzeczywistego, takich jak gry online, aplikacje do czatowania i platformy handlu akcjami, gdzie niezbędna jest komunikacja o niskim opóźnieniu. Protokół ten zapewnia szybki i wydajny transfer danych, zmniejszając obciążenie i poprawiając wygodę użytkownika . WebSocket stał się niezbędny do tworzenia nowoczesnych aplikacji i usług internetowych działających w czasie rzeczywistym.
WebSocket a tradycyjny protokół HTTP
Zarówno protokół WebSocket, jak i tradycyjny HTTP są protokołami komunikacji sieciowej, ale obsługują różne przypadki użycia i różnią się zasadniczo w działaniu. Główne punkty odróżniające protokół WebSocket od protokołu HTTP są następujące:
- Komunikacja w trybie pełnego dupleksu a półdupleksu: WebSocket obsługuje komunikację w trybie pełnego dupleksu, umożliwiając jednoczesny transfer danych w obu kierunkach. Z drugiej strony tradycyjny protokół HTTP wykorzystuje komunikację półdupleksową, w której dane są wysyłane i odbierane naprzemiennie, co powoduje większe opóźnienia.
- Połączenie trwałe a połączenie bezpołączeniowe: połączenie WebSocket pozostaje aktywne przez cały proces komunikacji między klientem a serwerem. Natomiast HTTP jest protokołem bezpołączeniowym, co oznacza, że każda wymiana żądanie-odpowiedź wymaga otwarcia i zamknięcia nowego połączenia, co prowadzi do zwiększenia obciążenia i zmniejszenia wydajności.
- Wydajność i opóźnienia: Protokół WebSocket utrzymuje pojedyncze, otwarte połączenie między klientem a serwerem, co zmniejsza obciążenie i opóźnienia sieci. Mimo to komunikacja HTTP opiera się na wielu połączeniach typu żądanie-odpowiedź, które stopniowo zwiększają obciążenie i negatywnie wpływają na wydajność.
- Dane binarne i tekstowe: WebSocket obsługuje dane binarne i tekstowe, podczas gdy protokół HTTP opiera się głównie na danych tekstowych, co ogranicza jego zdolność do wydajnego przetwarzania informacji binarnych.
- Obsługa przesyłania strumieniowego: WebSocket obsługuje przesyłanie strumieniowe danych, umożliwiając dzielenie dużych ładunków na mniejsze części i wysyłanie przyrostowe. Z kolei protokół HTTP wymaga przesłania wszystkich danych za jednym razem, co zwiększa wykorzystanie zasobów i czas odpowiedzi.
Dzięki tym zaletom protokół WebSocket stał się protokołem najczęściej wybieranym dla aplikacji wymagających komunikacji w czasie rzeczywistym i przesyłania danych z niskimi opóźnieniami. Utrzymując trwałe połączenia, WebSocket zwiększa komfort i efektywność użytkowania aplikacji internetowych i mobilnych.
Jak działa protokół WebSocket
Protokół WebSocket został zaprojektowany w celu zapewnienia wydajnej komunikacji w czasie rzeczywistym pomiędzy klientem a serwerem przy użyciu pojedynczego, długotrwałego połączenia. Zasadniczo protokół WebSocket ustanawia trwałe połączenie między klientem a serwerem, a następnie wymienia dane w małych segmentach zwanych „ramkami”. Oto bardziej szczegółowy opis działania protokołu WebSocket:
- Uzgadnianie protokołu WebSocket: połączenie WebSocket rozpoczyna się od uzgadniania inicjowanego przez klienta. To uzgadnianie rozpoczyna się od standardowego żądania HTTP ze specjalnym nagłówkiem „Upgrade”, który sygnalizuje serwerowi przejście z protokołu HTTP na protokół WebSocket. Jeśli serwer obsługuje protokół WebSocket, odpowiada odpowiednią odpowiedzią „Uaktualnienie”, kończąc uzgadnianie i ustanawiając połączenie WebSocket.
- Ramki WebSocket: Po nawiązaniu połączenia dane są wymieniane pomiędzy klientem a serwerem za pomocą ramek WebSocket. Ramka składa się z nagłówka zawierającego informacje sterujące, po którym następuje ładunek. Ramki mogą być ramkami kontrolnymi lub ramkami danych, przy czym ramki kontrolne zarządzają połączeniem, a ramki danych przenoszą dane tekstowe lub binarne.
- Komunikacja WebSocket: Połączenie WebSocket umożliwia dwukierunkową komunikację w czasie rzeczywistym pomiędzy klientem a serwerem. Dane można wysyłać i odbierać jednocześnie, co zmniejsza opóźnienia i zwiększa wydajność sieci. Połączenie pozostaje otwarte, dopóki nie zostanie jawnie zamknięte przez klienta lub serwer lub dopóki połączenie nie zostanie przerwane z powodu błędów sieciowych lub innych problemów.
Protokół WebSocket znacznie poprawia wydajność komunikacji sieciowej, co czyni go istotnym elementem nowoczesnego tworzenia stron internetowych. Utrzymując pojedyncze, trwałe połączenie do wymiany danych, WebSocket zmniejsza obciążenie, zwiększa wydajność i zapewnia użytkownikom końcowym doskonałe doświadczenia.
Uzgadnianie protokołu WebSocket: aktualizacja z protokołu HTTP
Zanim klient i serwer będą mogli komunikować się za pomocą protokołu WebSocket, muszą wykonać uzgadnianie protokołu WebSocket, aby nawiązać połączenie. Uzgadnianie rozpoczyna się od żądania HTTP, które jest następnie aktualizowane do połączenia WebSocket, umożliwiając komunikację dwukierunkową.
Klient inicjuje uzgadnianie, wysyłając do serwera żądanie HTTP GET zawierające nagłówki „Upgrade” i „Connection”, wskazujące zamiar nawiązania połączenia WebSocket. Żądanie zawiera także nagłówek Sec-WebSocket-Key, który jest losową wartością zakodowaną w standardzie Base64, wygenerowaną przez klienta. Ta wartość pomaga zapewnić, że serwer poprawnie obsługuje żądanie uzgadniania i odpowiada na nie.
GET /websocket HTTP/1.1 Host: example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Sec-WebSocket-Version: 13 Origin: http://example.comPo otrzymaniu żądania serwer przetwarza je i sprawdza, czy klient jest zgodny z protokołem WebSocket. Jeśli serwer obsługuje połączenia WebSocket, odpowiada kodem stanu protokołu HTTP 101 Switching Protocols wraz z nagłówkami „Upgrade” i „Connection”. Serwer tworzy również unikalną wartość Sec-WebSocket-Accept, mieszając klucz Sec-WebSocket-Key klienta ze stałym identyfikatorem GUID i zwracając go w odpowiedzi.
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=Gdy klient odbierze i zatwierdzi odpowiedź serwera, nawiązywane jest połączenie WebSocket, umożliwiając dwukierunkową komunikację pomiędzy klientem a serwerem.
Ramki WebSocket: strukturyzacja danych
Po nawiązaniu połączenia WebSocket dane są wymieniane w postaci ramek WebSocket. Ramki te zawierają informacje sterujące i dane wymagane do komunikacji WebSocket. Protokół WebSocket definiuje różne typy ramek, w tym ramki tekstowe, binarne i sterujące, z których każdy służy określonemu celowi.
Ramki tekstowe i binarne przesyłają dane aplikacji pomiędzy klientem a serwerem. Ramki tekstowe zawierają tekst zakodowany w formacie UTF-8, natomiast ramki binarne zawierają dowolne dane binarne. Ramki sterujące służą do zarządzania połączeniem i obejmują ramki takie jak ping, pong i zamykanie. Ramki ping i pong służą do sprawdzania stanu połączenia, natomiast ramki zamykające inicjują zamykanie połączeń.
Ramki WebSocket składają się z kilku części:
- Bit FIN: Pojedynczy bit wskazujący ostatnią ramkę wiadomości.
- Kod operacji: 4-bitowa wartość opisująca typ ramki (np. tekstowa, binarna lub kontrolna).
- Bit maski: Pojedynczy bit wskazujący, czy dane ładunku są maskowane.
- Długość ładunku: 7-bitowa, 16-bitowa lub 64-bitowa wartość reprezentująca długość danych ładunku.
- Klucz maskujący: 32-bitowa wartość używana do demaskowania danych ładunku (jeśli są zamaskowane).
- Dane ładunku: Dane przenoszone przez ramę.
Protokół zapewnia wydajną i niezawodną komunikację pomiędzy klientem a serwerem poprzez strukturyzację danych w ramkach WebSocket.
Podprotokoły WebSocket: Rozszerzanie protokołu podstawowego
Podprotokoły WebSocket to protokoły specyficzne dla aplikacji zbudowane na bazie podstawowego protokołu WebSocket. Te podprotokoły umożliwiają programistom definiowanie niestandardowych reguł i konwencji komunikacji dla konkretnych przypadków użycia, jeszcze bardziej rozszerzając możliwości protokołu WebSocket. W scenariuszach, w których protokół podstawowy nie zapewnia wystarczającej funkcjonalności, w grę wchodzą protokoły podrzędne, które wzbogacają proces komunikacji.
Podprotokoły są definiowane przez klienta i serwer podczas procesu uzgadniania protokołu WebSocket. Klient dołącza nagłówek Sec-WebSocket-Protocol do swojego początkowego żądania uzgadniania, określając jeden lub więcej obsługiwanych podprotokołów. Na przykład:
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.comPo otrzymaniu żądania serwer przegląda proponowane podprotokoły i wybiera ten, który obsługuje. Następnie dołącza wybrany podprotokół w nagłówku Sec-WebSocket-Protocol w swojej odpowiedzi na uzgadnianie:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk= Sec-WebSocket-Protocol: subprotocol1Po zakończeniu uzgadniania klient i serwer komunikują się przy użyciu wybranego podprotokołu, zgodnie z jego zasadami i konwencjami.
Podprotokoły WebSocket mogą być ustandaryzowane lub zaprojektowane na zamówienie, a ich użycie zależy od konkretnych potrzeb aplikacji. Przykłady standardowych podprotokołów obejmują MQTT do komunikacji z urządzeniami IoT i XMPP do przesyłania wiadomości.
WebSocket API: Implementacja przeglądarki i przypadki użycia
WebSocket API to implementacja JavaScript protokołu WebSocket dla przeglądarek internetowych. Zapewnia programistom interfejs umożliwiający tworzenie dwukierunkowej komunikacji w czasie rzeczywistym między klientami (aplikacjami internetowymi) a serwerami za pośrednictwem połączeń WebSocket.
Aby nawiązać połączenie WebSocket z serwerem, poniższy fragment kodu demonstruje, jak utworzyć instancję WebSocket przy użyciu JavaScript: ```javascript const gniazdo = new WebSocket('ws://example.com'); ``` Powyższy kod tworzy nową instancję protokołu WebSocket, określając adres URL protokołu WebSocket serwera przy użyciu schematu „ws” (niezabezpieczony) lub „wss” (bezpieczny). Po nawiązaniu połączenia zdarzenia takie jak open , message , error i close mogą zostać wykorzystane do obsługi komunikacji pomiędzy klientem a serwerem.
Oto przykład użycia procedur obsługi zdarzeń z interfejsem API WebSocket: ```javascript // Połączenie otwarte Socket.addEventListener('open', (event) => { gniazdo.send('Hello Server!'); }); // Nasłuchuj komunikatów Socket.addEventListener('message', (event) => { console.log('Wiadomość z serwera: ', event.data); }); // Obsługa błędów Socket.addEventListener('error', (event) => { console.error('WebSocket error:', event); }); // Połączenie zamknięte Socket.addEventListener('close', (event) => { console.log('Połączenie WebSocket zamknięte:', event); }); ``` Interfejs API WebSocket jest używany w różnych aplikacjach internetowych czasu rzeczywistego, w tym:
- Aplikacje do czatowania: użytkownicy mogą wymieniać wiadomości tekstowe w czasie rzeczywistym z innymi użytkownikami bez częstego odpytywania lub ręcznego odświeżania.
- Powiadomienia w czasie rzeczywistym: Otrzymuj natychmiastowe aktualizacje z usług lub urządzeń dotyczące wydarzeń, takich jak powiadomienia e-mail, aktualizacje zadań lub współpraca wielu użytkowników.
- Narzędzia do współpracy na żywo: edytuj dokumenty, arkusze kalkulacyjne i prezentacje jednocześnie z wieloma użytkownikami, umożliwiając bezproblemową współpracę i kontrolę wersji.
Względy bezpieczeństwa i najlepsze praktyki
Zapewnienie bezpieczeństwa połączeń WebSocket jest niezbędne do ochrony danych i utrzymania integralności aplikacji. Poniżej znajdują się istotne uwagi dotyczące bezpieczeństwa i najlepsze praktyki, których należy przestrzegać podczas wdrażania komunikacji WebSocket:
- Zasady tego samego pochodzenia: zastosuj zasady tego samego pochodzenia, aby ograniczyć połączenia protokołu WebSocket do tej samej domeny, co aplikacja internetowa. Ta zasada pomaga zapobiegać atakom polegającym na fałszowaniu żądań między witrynami (CSRF).
- Bezpieczne połączenie WebSocket (WSS): Użyj schematu adresu URL „wss”, aby zapewnić bezpieczne połączenia WebSocket. Protokół ten szyfruje dane przesyłane pomiędzy klientem a serwerem przy użyciu protokołu Transport Layer Security (TLS), zapobiegając podsłuchom i atakom typu man-in-the-middle.
- Zweryfikuj dane wejściowe użytkownika: Zawsze sprawdzaj i sprawdzaj dane wejściowe użytkownika po stronie serwera, aby upewnić się, że są one prawidłowo sformułowane, bezpieczne i zgodne z oczekiwanym formatem. Unikaj bezpośredniego wykonywania danych wejściowych użytkownika i korzystaj z oczyszczania danych wejściowych, aby zapobiec atakom, takim jak Cross-Site Scripting (XSS) lub wstrzykiwanie SQL.
- Obsługa nieoczekiwanych rozłączeń: Implementuj mechanizmy obsługi błędów, aby odzyskać siły po nieoczekiwanych rozłączeniach lub awariach serwerów. W zależności od kontekstu aplikacji rozważ zastosowanie strategii ponawiania prób z wykładniczym wycofywaniem lub alternatywnymi serwerami pracy awaryjnej, aby zachować ciągłość usług.
- Uwierzytelnianie i autoryzacja: Stosuj odpowiednie mechanizmy uwierzytelniania i autoryzacji dla połączeń WebSocket, zapewniając, że tylko autoryzowani użytkownicy będą mieli dostęp do danych i będą mogli wykonywać czynności. Może to obejmować użycie tokenów sesji, kluczy API lub tokenów OAuth w celu zabezpieczenia dostępu do zasobów WebSocket.
WebSocket w rzeczywistych aplikacjach
Protokół WebSocket jest szeroko stosowany w rzeczywistych aplikacjach ze względu na możliwości komunikacji dwukierunkowej i małych opóźnień. Oto kilka przykładów typowych przypadków użycia:
- Aplikacje do czatowania: Tworzenie aplikacji do czatowania wymaga komunikacji między użytkownikami w czasie rzeczywistym. Protokół WebSocket umożliwia wydajne przesyłanie wiadomości w czasie rzeczywistym bez narzutu związanego z wielokrotnym odpytywaniem lub tradycyjnymi cyklami żądanie-odpowiedź HTTP.
- Gry online: aplikacje do gier w czasie rzeczywistym wymagają szybkiej wymiany danych między klientami i serwerami. WebSocket zapewnia dwukierunkową komunikację o niskim opóźnieniu, poprawiającą wrażenia z gry dzięki płynnej i responsywnej interakcji.
- Powiadomienia w czasie rzeczywistym: wdrażanie funkcji aktualizacji na żywo, takich jak kanały w mediach społecznościowych, powiadomienia e-mail lub aktualizacje śledzenia zadań, jest możliwe dzięki rozwiązaniu WebSocket dzięki ciągłemu połączeniu między klientami i serwerami.
- Transmisja strumieniowa wydarzeń na żywo: transmisja strumieniowa wydarzeń na żywo, takich jak relacje sportowe, transmisje audio i wideo lub aktualizacje giełdowe, korzysta z szybkiej i niezawodnej wymiany wiadomości zapewnianej przez protokół WebSocket.
- Platformy handlu finansowego: Platformy finansowe polegają na aktualizacjach cen akcji i innych danych rynkowych w czasie rzeczywistym. WebSocket zapewnia komunikację o niskim opóźnieniu, umożliwiając platformom szybkie dostarczanie aktualizacji użytkownikom na całym świecie.
- Komunikacja z urządzeniami IoT: Urządzenia Internetu rzeczy (IoT) często wymagają wymiany danych w czasie rzeczywistym z serwerami zaplecza w celu monitorowania i kontroli. WebSocket upraszcza komunikację, pozwalając na szybsze i efektywniejsze zarządzanie podłączonymi urządzeniami.
Aby wdrożyć funkcjonalność WebSocket dla aplikacji internetowych, mobilnych i backendowych, AppMaster to potężna platforma niewymagająca kodu , która obsługuje integrację WebSocket. AppMaster umożliwia użytkownikom tworzenie, zarządzanie i dostosowywanie interfejsów API WebSocket, upraszczając proces tworzenia aplikacji czasu rzeczywistego. Dzięki swoim wszechstronnym możliwościom AppMaster umożliwia programistom tworzenie skalowalnych, bezpiecznych i wydajnych aplikacji, wykorzystując pełny potencjał technologii WebSocket.
Wykorzystanie AppMaster do programowania WebSocket
Tworzenie aplikacji czasu rzeczywistego z funkcjonalnością WebSocket może być skomplikowanym i czasochłonnym procesem. W tym miejscu AppMaster, potężna platforma no-code, może zapewnić znaczne korzyści programistom i firmom chcącym wdrożyć komunikację WebSocket.
AppMaster zmienił zasady tworzenia aplikacji, zapewniając wizualną, usprawnioną platformę do tworzenia aplikacji zaplecza, aplikacji internetowych i mobilnych . Dzięki obsłudze protokołu WebSocket można z łatwością projektować i tworzyć zaawansowane aplikacje czasu rzeczywistego, wykorzystując jego funkcje i możliwości.
Projekt wizualny i tworzenie logiki biznesowej
Jedną z głównych zalet korzystania AppMaster jest możliwość pracy wizualnej przy użyciu interfejsu drag-and-drop w celu tworzenia komponentów interfejsu użytkownika dla aplikacji. Ponadto platforma oferuje dedykowanego projektanta procesów biznesowych (BP) do tworzenia logiki biznesowej każdego komponentu. Upraszcza to pracę z WebSockets, umożliwiając szybkie i wydajne tworzenie interaktywnych aplikacji działających w czasie rzeczywistym.
Wygenerowany kod źródłowy i kompilacja aplikacji
AppMaster generuje kod źródłowy aplikacji w popularnych językach, takich jak Go dla aplikacji backendowych, Vue3 z JS/TS dla aplikacji internetowych oraz Kotlin i SwiftUI dla aplikacji mobilnych odpowiednio na Androida i iOS. Platforma kompiluje aplikacje, uruchamia testy, pakuje projekty do kontenerów Docker (dla aplikacji backendowych) i wdraża je w chmurze. Jeśli masz subskrypcję Enterprise, możesz otrzymać wygenerowany kod źródłowy do hostowania aplikacji lokalnie, co zapewni Ci pełną kontrolę nad wdrożeniami.
Integracja z technologiami WebSocket
AppMaster umożliwia integrację funkcjonalności WebSocket bezpośrednio z aplikacjami. AppMaster umożliwia programistom skupienie się na projektowaniu i wdrażaniu wydajnej komunikacji WebSocket dla aplikacji działających w czasie rzeczywistym, dbając o podstawową technologię i dostarczając narzędzia do tworzenia wizualnych. Elastyczność platformy zapewnia łatwe tworzenie interfejsów API WebSocket, zarządzanie połączeniami WebSocket oraz projektowanie niezbędnych modeli danych i logiki do pracy z danymi WebSocket.
Tworzenie aplikacji czasu rzeczywistego do zastosowań wymagających dużego obciążenia
Dzięki imponującym możliwościom AppMaster wygenerowane aplikacje idealnie nadają się do zastosowań na poziomie przedsiębiorstwa charakteryzujących się dużym obciążeniem. Platforma obsługuje bazy danych kompatybilne z Postgresql jako podstawową bazę danych, a skompilowane, bezstanowe aplikacje backendowe dobrze sprawdzają się w skalowalnych środowiskach. Korzystając z AppMaster do programowania protokołu WebSocket, możesz mieć pewność, że aplikacje czasu rzeczywistego spełniają wymagania scenariuszy o dużym obciążeniu, zapewniając niezawodną i wydajną komunikację WebSocket.
AppMaster to nieocenione narzędzie dla programistów chcących tworzyć aplikacje czasu rzeczywistego oparte na WebSocket. Jej wygląd wizualny, wygenerowany kod źródłowy, bezproblemowa integracja z protokołem WebSocket oraz obsługa skalowalnych przypadków użycia o dużym obciążeniu sprawiają, że platforma jest najlepszym wyborem zarówno dla firm, jak i programistów. Nie pozwól, aby złożoność programowania WebSocket Cię powstrzymywała; poznaj moc AppMaster i z łatwością twórz innowacyjne aplikacje działające w czasie rzeczywistym.
