Что такое WebSocket?

Знакомство

WebSockets – это современная веб-технология, обеспечивающая полнодуплексные каналы связи через одно TCP-соединение. Эта технология приносит пользу приложениям, обменивающимся данными в режиме реального времени, таким как чат-приложения, живые обновления и интерактивные игры.
В этой статье мы подробно рассмотрим, что такое WebSockets, как они работают, их преимущества, примеры повседневного использования и лучшие практики внедрения.

Что такое WebSockets?

WebSockets – это коммуникационный протокол, который обеспечивает двустороннюю связь между клиентом, например, веб-браузером, и внутренним сервером.
В отличие от HTTP, который основан на запросах-ответах, WebSockets позволяет устанавливать постоянные соединения, при которых клиент и сервер могут отправлять и получать сообщения в любое время.
Это делает WebSockets идеальным решением для приложений, работающих в режиме реального времени.
Протокол WebSocket стандартизирован в RFC 6455.

Как работают WebSockets

Установление связи

Соединение WebSocket начинается с рукопожатия, в ходе которого клиент инициирует HTTP-запрос к серверу с заголовком Upgrade, указывающим “websocket”.
Этот запрос также включает заголовок Connection, установленный на “Upgrade”, что указывает на намерение клиента переключиться на другой протокол.
Если сервер поддерживает WebSockets, он отвечает заголовком Upgrade и кодом состояния 101 Switching Protocols, и соединение переходит с HTTP на WebSocket.

Полнодуплексная связь

Как только соединение WebSocket установлено, клиенты и серверы могут отправлять и получать сообщения независимо друг от друга.
Эта двунаправленная связь продолжается до тех пор, пока клиент или сервер не закроют соединение.
Соединения WebSocket также могут определять подпротоколы, которые представляют собой протоколы прикладного уровня, накладываемые на протокол WebSocket для более сложных коммуникационных потребностей.

Обрамление сообщения

Сообщения WebSocket заключены в рамку, чтобы обеспечить эффективную и структурированную связь.
Каждое сообщение состоит из заголовка фрейма, за которым следуют данные полезной нагрузки.
Фреймы могут содержать текстовые данные, двоичные данные или управляющие фреймы, которые управляют соединением.

Преимущества WebSockets

Общение в режиме реального времени

WebSockets обеспечивают связь в режиме реального времени, позволяя мгновенно обмениваться данными между клиентом и сервером.
Это очень важно для таких приложений, как чат, онлайн-игры и финансовые тикеры.

Уменьшение задержки

Поддерживая открытое соединение, WebSockets уменьшают задержки, связанные с установлением новых HTTP-соединений.
Это приводит к более быстрой доставке сообщений и более отзывчивому пользовательскому опыту.

Более низкое использование полосы пропускания

WebSockets устраняют необходимость в заголовках HTTP-запросов и ответов для каждого сообщения, что приводит к снижению пропускной способности канала.
Такая эффективность очень полезна для приложений, требующих частого обновления данных.

масштабируемость

WebSockets поддерживают множество одновременных соединений, что делает их подходящими для масштабируемых приложений реального времени.
Современные серверы WebSocket могут обрабатывать тысячи соединений одновременно.

Общие примеры использования WebSockets

Приложения чата

WebSockets идеально подходят для чат-приложений, где важна доставка сообщений в реальном времени.
Они могут эффективно реализовать функции как приватного, так и группового чата.

Обновления в прямом эфире

Приложения, требующие оперативных обновлений, такие как новостные ленты, обновления в социальных сетях и прямые спортивные результаты, значительно выигрывают от способности WebSockets передавать обновления клиентам в режиме реального времени.

Онлайн-игры

WebSockets обеспечивают низкую задержку и связь в реальном времени, необходимую для многопользовательских онлайн-игр.
Игроки могут взаимодействовать в режиме реального времени, улучшая игровой процесс.

Инструменты для совместной работы

Такие инструменты для совместной работы, как онлайн-редакторы документов, доски и приложения для управления проектами, используют WebSockets для синхронизации изменений в реальном времени между несколькими пользователями.

Финансовые приложения

WebSockets используются в финансовых приложениях для предоставления в режиме реального времени рыночных данных, цен на акции и торговой информации.
Мгновенные обновления очень важны для принятия своевременных финансовых решений.

Реализация WebSockets

Настройка сервера WebSocket

Чтобы реализовать WebSockets, Вам нужен сервер, поддерживающий протокол WebSocket.
К популярным фреймворкам и библиотекам относятся:

Node.js с ws: Простая и эффективная библиотека WebSocket для Node.js.
Socket.IO: Популярная библиотека для веб-приложений реального времени, которая поддерживает WebSockets и при необходимости переходит на другие протоколы.
Spring WebSocket: Модуль в Spring Framework, который поддерживает связь WebSocket в Java-приложениях.

Создание клиента WebSocket

На стороне клиента современные веб-браузеры имеют встроенную поддержку WebSockets через WebSocket API.
Вот пример того, как создать клиента WebSocket на 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); 

});

В этом примере объект WebSocket используется для создания соединения с сервером WebSocket, работающим на localhost на порту 8080.
Слушатели событий onopen, onmessage, onclose и onerror управляют жизненным циклом соединения.

Обработка сообщений

Сообщения WebSocket можно обрабатывать с помощью слушателей событий как на стороне клиента, так и на стороне сервера.
Событие сообщения используется для обработки входящих сообщений.
Сообщения могут быть отправлены в текстовом или двоичном формате, а для обмена структурированными данными обычно используется JSON.

Особенности API WebSocket

Подпротоколы

Подпротоколы позволяют WebSockets использовать определенные протоколы поверх базового соединения WebSocket.
Это полезно для определения пользовательских протоколов связи для более сложных взаимодействий.

ReadyState

Свойство readyState объекта WebSocket указывает текущее состояние соединения WebSocket.
Возможными значениями являются:

0 (СОЕДИНЕНИЕ): Соединение еще не открыто.

1 (ОТКРЫТО): Соединение открыто и доступно для немедленного обмена данными.

2 (ЗАКРЫТИЕ): В настоящее время соединение закрывается.

3 (ЗАКРЫТО): Соединение закрыто или не может быть открыто.

аутентификация

Соединения WebSocket могут требовать аутентификации, чтобы гарантировать, что только авторизованные клиенты могут подключаться.
Для этого на этапе рукопожатия можно передавать токены или использовать другие методы.

Двоичные данные

WebSockets поддерживают отправку и прием двоичных данных, что очень полезно для приложений, передающих изображения, файлы или другие двоичные форматы.

Уведомления

Соединения WebSocket можно использовать для отправки уведомлений клиентам в режиме реального времени.
Это особенно полезно для приложений, которые оповещают пользователей о важных событиях или обновлениях.

Лучшие практики использования WebSockets

Управление соединениями

Правильно управляйте соединениями WebSocket, обрабатывая события открытия, закрытия и ошибки соединения.
Должна быть реализована логика переподключения, чтобы изящно обрабатывать разрывы соединений.

Безопасности

Используйте безопасные WebSockets (wss://) для шифрования данных и защиты от подслушивания и атак типа “человек посередине”.
Постоянно проверяйте и обеззараживайте входящие сообщения, чтобы предотвратить инъекционные атаки.

масштабирование

Рассмотрите возможность масштабирования приложений WebSocket с помощью балансировщиков нагрузки и методов кластеризации.
Такие инструменты, как NGINX и HAProxy, помогут распределить соединения WebSocket между несколькими серверами.

Обработка ошибок

Реализуйте надежную обработку ошибок, чтобы справляться с непредвиденными ситуациями и поддерживать стабильность соединения.
Записывайте ошибки в журнал для отладки и мониторинга.

Управление ресурсами

Контролируйте и управляйте ресурсами сервера, чтобы предотвратить истощение ресурсов при большом количестве одновременных соединений WebSocket.
При необходимости реализуйте стратегии ограничения скорости и распределения ресурсов.

Механизмы Keep-Alive

Реализуйте механизмы keep-alive для обнаружения неактивных клиентов и освобождения ресурсов.
Этого можно добиться, периодически отправляя кадры ping/pong.

Интеграция WebSockets с существующими веб-технологиями

HTML и WebSockets

WebSockets можно интегрировать в HTML-страницы для создания динамичных интерактивных веб-приложений в режиме реального времени.
HTML-формы и интерфейсы могут взаимодействовать с конечными точками WebSocket, обеспечивая обратную связь и обновления в режиме реального времени.

Данные JSON

JSON – это легкий формат обмена данными, обычно используемый с WebSockets для обмена структурированными данными.
Вы можете легко работать со сложными структурами данных в Ваших WebSocket-коммуникациях, отправляя и получая JSON-объекты.

Конечные точки

Конечные точки WebSocket определяются на сервере для обработки входящих соединений и сообщений.
Конечная точка – это определенный URL или путь, где сервер WebSocket прослушивает соединения.

Транспортный уровень

WebSockets работают поверх транспортного уровня TCP, обеспечивая надежную и упорядоченную доставку сообщений.
Это гарантирует, что сообщения будут доставлены в том порядке, в котором они были отправлены, и без потерь.

Интеграция с веб-сервером

WebSockets можно интегрировать с традиционными веб-серверами (HTTP-серверами), чтобы обеспечить стандартные HTTP-сервисы и связь в режиме реального времени через WebSocket.
Это позволяет обеспечить бесперебойную работу пользователей, когда статический контент и обновления в реальном времени обслуживаются с одного и того же сервера.

заключение

WebSockets – это мощная технология для создания интерактивных веб-приложений в режиме реального времени.
WebSockets обеспечивают мгновенный обмен данными, уменьшение задержек и эффективное использование полосы пропускания, предоставляя полнодуплексные каналы связи.
Внедрение WebSockets включает в себя настройку совместимого сервера, создание клиента с помощью WebSocket API, а также следование лучшим практикам управления соединениями, безопасности и масштабируемости.

Разрабатываете ли Вы чат-приложение, онлайн-игру или службу обновления в реальном времени, WebSockets обеспечивают производительность и надежность, необходимые для современных веб-приложений.
Использование этой технологии может значительно повысить удобство использования Ваших веб-приложений и эффективность работы.

Для получения более подробной информации и примеров обратитесь к официальной документации по WebSocket API и другим ресурсам, доступным на GitHub.
Правильная реализация и управление WebSockets помогут Вам создавать надежные приложения, работающие в режиме реального времени и отвечающие требованиям современной веб-среды.

Использование решение для мониторинга веб-приложений от Dotcom-Monitor, которое обеспечивает тщательные, систематические проверки, – это самый надежный способ обеспечить оптимальную работу Ваших веб-приложений.

Посмотрите, как быстро Вы можете создавать сценарии и контролировать свои приложения на основе WebSocket.

Попробуйте решение для мониторинга веб-приложений бесплатно!

In this article