¿Qué es un WebSocket?

Introducción

Los WebSockets son una moderna tecnología web que proporciona canales de comunicación full-duplex a través de una única conexión TCP. Esta tecnología beneficia a las aplicaciones de intercambio de datos en tiempo real, como las aplicaciones de chat, las actualizaciones en directo y los juegos interactivos.
Este artículo profundizará en qué son los WebSockets, cómo funcionan, sus ventajas, casos de uso cotidiano y mejores prácticas para su implementación.

¿Qué son los WebSockets?

WebSockets es un protocolo de comunicación que permite la comunicación bidireccional entre un cliente, como un navegador web, y un servidor backend.
A diferencia de HTTP, que se basa en solicitud-respuesta, WebSockets permite conexiones persistentes en las que el cliente y el servidor pueden enviar y recibir mensajes en cualquier momento.
Esto hace que los WebSockets sean ideales para aplicaciones en tiempo real.
El protocolo WebSocket está estandarizado en el RFC 6455.

Cómo funcionan los WebSockets

Establecer una conexión

La conexión WebSocket comienza con un apretón de manos, en el que un cliente inicia una petición HTTP a un servidor con una cabecera de Actualización que especifica “websocket”.
Esta solicitud también incluye una cabecera de Conexión configurada como “Actualización”, que indica la intención del cliente de cambiar de protocolo.
Si el servidor admite WebSockets, responde con una cabecera Upgrade y un código de estado 101 Switching Protocols, y la conexión se actualiza de HTTP a WebSocket.

Comunicación dúplex completo

Una vez establecida una conexión WebSocket, los clientes y los servidores pueden enviar y recibir mensajes de forma independiente.
Esta comunicación bidireccional continúa hasta que el cliente o el servidor cierran la conexión.
Las conexiones WebSocket también pueden especificar subprotocolos, que son protocolos a nivel de aplicación superpuestos al protocolo WebSocket para necesidades de comunicación más complejas.

Encuadre del mensaje

Los mensajes WebSocket están enmarcados para garantizar una comunicación eficiente y estructurada.
Cada mensaje consta de una cabecera de trama seguida de los datos de la carga útil.
Las tramas pueden contener datos de texto, datos binarios o tramas de control, que gestionan la conexión.

Beneficios de WebSockets

Comunicación en tiempo real

Los WebSockets permiten la comunicación en tiempo real, permitiendo el intercambio instantáneo de datos entre el cliente y el servidor.
Esto es crucial para aplicaciones como el chat en directo, los juegos en línea y los teletipos financieros.

Latencia reducida

Al mantener una conexión abierta, los WebSockets reducen la latencia asociada al establecimiento de nuevas conexiones HTTP.
Esto conduce a una entrega de mensajes más rápida y a una experiencia de usuario más receptiva.

Menor uso del ancho de banda

Los WebSockets eliminan la necesidad de cabeceras de solicitud y respuesta HTTP para cada mensaje, lo que se traduce en un menor uso del ancho de banda.
Esta eficiencia es muy beneficiosa para las aplicaciones que requieren actualizaciones frecuentes de datos.

Escalabilidad

Los WebSockets admiten muchas conexiones simultáneas, lo que los hace adecuados para aplicaciones escalables en tiempo real.
Los servidores WebSocket modernos pueden gestionar miles de conexiones simultáneamente.

Casos de uso comunes para WebSockets

Aplicaciones de chat

Los WebSockets son ideales para aplicaciones de chat en las que la entrega de mensajes en tiempo real es esencial.
Pueden implementar eficazmente funcionalidades de chat tanto privadas como de grupo.

Actualizaciones en directo

Las aplicaciones que requieren actualizaciones en directo, como los canales de noticias, las actualizaciones de las redes sociales y los resultados deportivos en directo, se benefician significativamente de la capacidad de WebSockets para enviar actualizaciones a los clientes en tiempo real.

Juegos en línea

Los WebSockets proporcionan la baja latencia y la comunicación en tiempo real necesarias para los juegos multijugador en línea.
Los jugadores pueden interactuar en tiempo real, mejorando la experiencia de juego.

Herramientas de colaboración

Las herramientas de colaboración, como los editores de documentos en línea, las pizarras y las aplicaciones de gestión de proyectos, utilizan WebSockets para sincronizar los cambios en tiempo real entre varios usuarios.

Aplicaciones financieras

Los WebSockets se utilizan en aplicaciones financieras para proporcionar datos de mercado en tiempo real, precios de las acciones e información sobre operaciones.
Las actualizaciones instantáneas son fundamentales para tomar decisiones financieras a tiempo.

Implementar WebSockets

Configurar un servidor WebSocket

Para implementar WebSockets, necesitas un servidor que admita el protocolo WebSocket.
Los marcos y bibliotecas más populares son:

Node.js con ws: Una biblioteca WebSocket sencilla y eficaz para Node.js.
Socket.IO: Una popular biblioteca para aplicaciones web en tiempo real que admite WebSockets y recurre a otros protocolos si es necesario.
Spring WebSocket: Un módulo del Spring Framework que admite la comunicación WebSocket en aplicaciones Java.

Crear un cliente WebSocket

En el lado del cliente, los navegadores web modernos tienen soporte incorporado para WebSockets a través de la API WebSocket.
Aquí tienes un ejemplo de cómo crear un cliente WebSocket en JavaScript:

				
					// Create a new WebSocket connection 

const socket = new WebSocket('ws://localhost:8080/socket'); 

 

// Connection opened 

socket.addEventListener('open', function (event) { 

    console.log('WebSocket connection opened'); 

    socket.send('Hello Server!'); 

}); 

 

// Listen for messages 

socket.addEventListener('message', function (event) { 

    console.log('Message from server:', event.data); 

}); 

 

// Listen for connection close 

socket.addEventListener('close', function (event) { 

    console.log('WebSocket connection closed'); 

}); 

 

// Handle errors 

socket.addEventListener('error', function (event) { 

    console.error('WebSocket error:', event); 

});

En este ejemplo, el objeto WebSocket se utiliza para crear una conexión con el servidor WebSocket que se ejecuta en localhost en el puerto 8080.
Los escuchadores de eventos onopen, onmessage, onclose y onerror gestionan el ciclo de vida de la conexión.

Manejo de mensajes

Los mensajes WebSocket pueden gestionarse utilizando escuchadores de eventos tanto en el lado del cliente como en el del servidor.
El evento mensaje se utiliza para procesar los mensajes entrantes.
Los mensajes pueden enviarse en formatos de datos de texto o binarios, y JSON se utiliza habitualmente para el intercambio de datos estructurados.

Funciones de la API WebSocket

Subprotocolos

Los subprotocolos permiten a los WebSockets utilizar protocolos específicos además de la conexión WebSocket base.
Esto es útil para definir protocolos de comunicación personalizados para interacciones más complejas.

ReadyState

La propiedad readyState del objeto WebSocket proporciona el estado actual de la conexión WebSocket.
Los valores posibles son:

0 (CONECTANDO): La conexión aún no está abierta.

1 (ABIERTO): La conexión está abierta y disponible para comunicarse inmediatamente.

2 (CERRADO): La conexión se está cerrando.

3 (CERRADO): La conexión está cerrada o no se puede abrir.

Autenticación

Las conexiones WebSocket pueden requerir autenticación para garantizar que sólo puedan conectarse los clientes autorizados.
Para ello, se pueden pasar tokens u otros métodos durante la fase de enlace.

Datos binarios

Los WebSockets admiten el envío y recepción de datos binarios, lo que resulta útil para aplicaciones que transfieren imágenes, archivos u otros formatos binarios.

Notificaciones

Las conexiones WebSocket pueden utilizarse para enviar notificaciones a los clientes en tiempo real.
Esto es especialmente útil para aplicaciones que avisan a los usuarios de eventos o actualizaciones importantes.

Buenas prácticas para utilizar WebSockets

Gestión de conexiones

Gestiona adecuadamente las conexiones WebSocket manejando los eventos de apertura, cierre y error de la conexión.
Debe implementarse una lógica de reconexión para gestionar las desconexiones con elegancia.

Seguridad

Utiliza WebSockets seguros (wss://) para cifrar los datos y protegerlos contra las escuchas y los ataques de intermediario.
Valida y sanea continuamente los mensajes entrantes para evitar ataques de inyección.

Escala

Considera la posibilidad de escalar las aplicaciones WebSocket utilizando equilibradores de carga y técnicas de clustering.
Herramientas como NGINX y HAProxy pueden ayudar a distribuir las conexiones WebSocket entre varios servidores.

Manejo de errores

Implementa un sólido tratamiento de errores para gestionar condiciones inesperadas y mantener la estabilidad de la conexión.
Registra los errores con fines de depuración y supervisión.

Gestión de recursos

Supervisa y gestiona los recursos del servidor para evitar el agotamiento por muchas conexiones WebSocket simultáneas.
Implementa estrategias de limitación de velocidad y asignación de recursos según sea necesario.

Mecanismos Keep-Alive

Implementa mecanismos keep-alive para detectar clientes inactivos y liberar recursos.
Esto puede conseguirse enviando periódicamente tramas ping/pong.

Integrar WebSockets con las tecnologías web existentes

HTML y WebSockets

Los WebSockets pueden integrarse en páginas HTML para crear aplicaciones web dinámicas e interactivas en tiempo real.
Los formularios e interfaces HTML pueden interactuar con puntos finales WebSocket para proporcionar información y actualizaciones en directo.

Datos JSON

JSON es un formato ligero de intercambio de datos que se utiliza habitualmente con WebSockets para intercambiar datos estructurados.
Puedes manejar fácilmente estructuras de datos complejas en tus comunicaciones WebSocket enviando y recibiendo objetos JSON.

Puntos finales

Los puntos finales WebSocket se definen en el servidor para gestionar las conexiones y mensajes entrantes.
Un punto final es una URL o ruta específica donde el servidor WebSocket escucha las conexiones.

Capa de transporte

Los WebSockets funcionan sobre la capa de transporte TCP, proporcionando una entrega fiable y ordenada de los mensajes.
Esto garantiza que los mensajes se entreguen en el orden en que se enviaron y sin pérdidas.

Integración con servidores web

Los WebSockets pueden integrarse con servidores web tradicionales (servidores HTTP) para proporcionar servicios HTTP estándar y comunicación WebSocket en tiempo real.
Esto permite una experiencia de usuario sin fisuras, en la que el contenido estático y las actualizaciones en tiempo real se sirven desde el mismo servidor.

Conclusión

Los WebSockets son una potente tecnología para crear aplicaciones web interactivas en tiempo real.
Los WebSockets permiten el intercambio instantáneo de datos, una latencia reducida y un uso eficiente del ancho de banda, al proporcionar canales de comunicación full-duplex.
Implementar WebSockets implica configurar un servidor compatible, crear un cliente utilizando la API WebSocket y seguir las mejores prácticas para la gestión de conexiones, la seguridad y la escalabilidad.

Tanto si estás desarrollando una aplicación de chat, un juego online o un servicio de actualizaciones en directo, los WebSockets ofrecen el rendimiento y la fiabilidad necesarios para las aplicaciones web modernas.
Adoptar esta tecnología puede mejorar significativamente la experiencia de usuario y la eficacia operativa de tus aplicaciones web.

Para obtener información más detallada y ejemplos, consulta la documentación oficial de la API WebSocket y otros recursos disponibles en GitHub.
Garantizar la correcta implementación y gestión de WebSockets te ayudará a crear aplicaciones robustas y en tiempo real que satisfagan las necesidades del entorno web actual.

Empleando la solución de monitorización de aplicaciones web de Dotcom-Monitor, que proporciona comprobaciones exhaustivas y sistemáticas, es la forma más segura de garantizar el rendimiento óptimo de tus aplicaciones web.

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