Lietuvių

Įvaldykite WebSockets, kad galėtumėte sklandžiai keistis duomenimis realiuoju laiku. Ištirkite technologiją, naudą, naudojimo atvejus ir geriausią įgyvendinimo praktiką.

WebSockets: Jūsų išsamus vadovas realaus laiko komunikacijai

Šiandienos vis labiau susijusiame skaitmeniniame kraštovaizdyje didėja reikalavimas momentiniam ir dinaminiam vartotojo patyrimui. Tradiciniai HTTP užklausos-atsakymo modeliai, nors ir yra pagrindiniai internete, dažnai nepakankamai palengvina nuolatinį, mažo vėlavimo duomenų keitimą. Čia ir pasirodo WebSockets. Šis išsamus vadovas leis pasinerti į WebSockets pasaulį, paaiškinant, kas jie yra, kodėl jie yra itin svarbūs šiuolaikinėms programoms ir kaip galite juos panaudoti kurdami galingą, realaus laiko patirtį pasaulinei auditorijai.

Realiojo laiko komunikacijos poreikio supratimas

Įsivaizduokite pasaulį, kuriame kiekvienas sąveikavimas internetu reikalauja naujos užklausos į serverį. Tai yra nesuprantamo HTTP protokolo esmė. Nors jis veiksmingas norint gauti statinį turinį, jis sukuria didelių papildomų išlaidų programoms, kurioms reikia nuolatinių atnaujinimų. Apsvarstykite šiuos scenarijus:

Šios programos reikalauja nuolatinio, dvikrypčio ryšio tarp kliento (pvz., interneto naršyklės) ir serverio. Būtent tai ir suteikia WebSockets, siūlydami efektyvesnę ir reaguojamesnę alternatyvą pakartotiniam HTTP apklausimui.

Kas yra WebSockets?

WebSockets yra ryšio protokolas, kuris suteikia visapusišką dvipusį ryšio kanalą per vieną, ilgai trunkantį ryšį. Skirtingai nuo HTTP, kurį paprastai inicijuoja klientas, o po to seka serverio atsakymas, WebSockets leidžia serveriui bet kuriuo metu siųsti duomenis klientui ir klientui siųsti duomenis į serverį su minimaliomis papildomomis išlaidomis.

WebSocket protokolą standartizavo IETF kaip RFC 6455. Jis prasideda nuo HTTP rankos paspaudimo, bet kai jis užmegztas, ryšys yra atnaujinamas į WebSocket protokolą, leidžiantis nuolatinius, dvipusius pranešimus.

Pagrindinės WebSockets charakteristikos:

Kaip veikia WebSockets: rankos paspaudimas ir toliau

WebSocket ryšio kelionė prasideda su HTTP užklausa. Tai nėra standartinė HTTP užklausa, bet speciali, skirta atnaujinti ryšį iš HTTP į WebSocket protokolą.

Štai supaprastintas rankos paspaudimo proceso aprašymas:

  1. Klientas inicijuoja: Klientas siunčia HTTP užklausą į serverį, įskaitant antraštę „Upgrade“ su reikšme „websocket“. Jis taip pat siunčia antraštę „Sec-WebSocket-Key“, kuri yra base64 koduota eilutė, sugeneruota iš atsitiktinės reikšmės.
  2. Serveris atsako: Jei serveris palaiko WebSockets, jis atsako su HTTP būsenos kodu 101 (Switching Protocols). Serveris apskaičiuoja raktą sujungdamas kliento „Sec-WebSocket-Key“ su visuotinai unikalia stebuklinga eilute („258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11“), maišydamas ją su SHA-1 ir tada koduodamas base64. Šis apskaičiuotas raktas grąžinamas antraštėje „Sec-WebSocket-Accept“.
  3. Ryšys užmegztas: Gavęs teisingą atsakymą, klientas atpažįsta, kad ryšys sėkmingai atnaujintas į WebSocket protokolą. Nuo šio momento ir klientas, ir serveris gali siųsti pranešimus vienas kitam per šį nuolatinį ryšį.

Kai rankos paspaudimas baigtas, ryšys nebėra HTTP ryšys. Tai yra WebSocket ryšys. Tada duomenys siunčiami rėmeliais, kurie yra mažesni duomenų vienetai, kuriuos galima siųsti atskirai. Šiuose rėmeliuose yra faktinis pranešimo krovinys.

Rėminimas ir duomenų perdavimas:

WebSocket pranešimai perduodami kaip rėmelių seka. Kiekvienas rėmelis turi specifinę struktūrą, įskaitant:

Galimybė siųsti duomenis įvairiais formatais (teksto arba dvejetainius) ir valdymo rėmeliai (kaip ping/pong ryšio palaikymui ir uždaryti ryšio nutraukimui) daro WebSockets patikimą ir lankstų protokolą realaus laiko programoms.

Kodėl verta naudoti WebSockets? Privalumai

WebSockets siūlo didelius pranašumus, palyginti su tradiciniais apklausos mechanizmais, ypač programoms, kurioms reikia realaus laiko sąveikos:

1. Efektyvumas ir našumas:

Sumažintas vėlavimas: Palaikydami nuolatinį ryšį, WebSockets pašalina naujo HTTP ryšio užmezgimo kiekvienam pranešimui papildomas išlaidas. Tai drastiškai sumažina vėlavimą, kuris yra labai svarbus laikui jautrioms programoms.

Mažesnis pralaidumo naudojimas: Skirtingai nuo HTTP, kuris apima antraštes su kiekvienu užklausimu ir atsakymu, WebSocket rėmeliai turi daug mažesnes antraštes. Tai lemia žymiai mažesnį duomenų perdavimą, ypač dažniems, mažiems pranešimams.

Serverio stūmimo galimybės: Serveris gali proaktyviai siųsti duomenis klientams, nelaukdamas kliento užklausos. Tai yra esminis pokytis nuo HTTP kliento traukimo modelio, leidžiantis tikrai realaus laiko atnaujinimus.

2. Dvikryptė komunikacija:

Visapusiška WebSockets prigimtis leidžia ir klientui, ir serveriui siųsti pranešimus vienas kitam savarankiškai ir vienu metu. Tai būtina interaktyvioms programoms, pvz., pokalbiams, bendradarbiavimo redagavimui ir kelių žaidėjų žaidimams.

3. Skalumas:

Nors valdant tūkstančius nuolatinių ryšių reikia kruopštaus serverio dizaino ir išteklių paskirstymo, WebSockets gali būti labiau pritaikomi nei pakartotinai apklausant HTTP serverius, ypač esant dideliam krūviui. Šiuolaikinės serverio technologijos ir apkrovos balansatoriai yra optimizuoti efektyviai tvarkyti WebSocket ryšius.

4. Paprastumas realaus laiko logikai:

Kurti realaus laiko funkcijas su WebSockets gali būti paprasčiau nei įgyvendinti sudėtingus apklausos ar ilgalaikės apklausos mechanizmus. Protokolas tvarko pagrindinį ryšio valdymą, todėl kūrėjai gali sutelkti dėmesį į programos logiką.

5. Platus naršyklių ir įrenginių palaikymas:

Dauguma šiuolaikinių interneto naršyklių natūraliai palaiko WebSockets. Be to, yra daug bibliotekų ir sistemų ir priekiniam (JavaScript) ir galiniam (įvairios kalbos, pvz., Node.js, Python, Java, Go) kūrimui, todėl įgyvendinimas yra plačiai prieinamas.

Kada NEnaudoti WebSockets

Nors WebSockets yra galingi, jie nėra stebuklinga kulka kiekvienam ryšio poreikiui. Svarbu atpažinti scenarijus, kai jie gali būti pertekliniai ar netgi žalingi:

Šiais atvejais RESTful API ir standartinės HTTP užklausos dažnai yra tinkamesnės ir lengviau įgyvendinamos.

Dažniausi WebSockets naudojimo atvejai

WebSockets yra daugelio šiuolaikinių, dinaminių interneto programų pagrindas. Štai keli dažni naudojimo atvejai:

1. Realiojo laiko pranešimai ir pokalbių programos:

Tai galbūt klasikinis pavyzdys. Nuo populiarių paslaugų, tokių kaip „Slack“ ir „WhatsApp“, iki pasirinktinių pokalbių funkcijų platformose, WebSockets leidžia akimirksniu pristatyti pranešimus, buvimo rodiklius (prisijungę / atsijungę būsena) ir rašymo pranešimus, nereikalaujant vartotojams atnaujinti puslapio.

Pavyzdys: Vartotojas siunčia pranešimą. Kliento WebSocket siunčia pranešimą į serverį. Tada serveris naudoja tą patį nuolatinį ryšį, kad stumtų tą pranešimą visiems kitiems prijungtiems klientams tame pačiame pokalbių kambaryje.

2. Internetiniai kelių žaidėjų žaidimai:

Internetinių žaidimų srityje kiekviena milisekundė yra svarbi. WebSockets užtikrina mažo vėlavimo, realaus laiko duomenų mainus, reikalingus žaidėjams bendrauti su žaidimo pasauliu ir vienas su kitu. Tai apima žaidėjų judesių, veiksmų siuntimą ir atnaujinimų gavimą apie žaidimo būseną iš serverio.

Pavyzdys: Realaus laiko strateginiame žaidime, kai žaidėjas nurodo vienetą judėti, klientas siunčia WebSocket pranešimą. Serveris tai apdoroja, atnaujina įrenginio poziciją ir transliuoja šią naują būseną visiems kitų žaidėjų klientams per jų WebSocket ryšius.

3. Tiesioginiai duomenų kanalai ir informacinės suvestinės:

Finansinių sandorių platformos, sporto rezultatų atnaujinimai ir realaus laiko analizės informacinės suvestinės labai priklauso nuo WebSockets. Jie leidžia nuolat perduoti duomenis iš serverio į klientą, užtikrinant, kad vartotojai visada matytų naujausią informaciją.

Pavyzdys: Akcijų prekybos platforma rodo tiesioginius kainų atnaujinimus. Serveris stumia naujus kainų duomenis, kai tik jie tampa prieinami, o WebSocket klientas iš karto atnaujina rodomas kainas, nereikalaudamas jokios vartotojo sąveikos.

4. Bendradarbiavimo redagavimas ir baltos lentos:

Tokie įrankiai kaip „Google Docs“ arba bendradarbiavimo baltosios lentos programos naudoja WebSockets, kad sinchronizuotų kelias pakeitimus, kuriuos realiuoju laiku atliko keli vartotojai. Kai vienas vartotojas įveda tekstą ar piešia, jo veiksmai transliuojami visiems kitiems bendradarbiams.

Pavyzdys: Keli vartotojai redaguoja dokumentą. Vartotojas A įveda sakinį. Jų klientas tai siunčia kaip WebSocket pranešimą. Serveris jį gauna, transliuoja Vartotojo B ir Vartotojo C klientams, ir jų dokumento rodiniai atnaujinami iš karto.

5. Realiojo laiko pranešimai:

Siųsti pranešimus vartotojams nereikalaujant jų prašyti yra pagrindinė programa. Tai apima įspėjimus apie naujus el. laiškus, socialinės žiniasklaidos atnaujinimus ar sistemos pranešimus.

Pavyzdys: Vartotojas naršo internete. Naujas pranešimas atsiranda jų paskyroje. Serveris per užmegztą WebSocket ryšį siunčia pranešimo duomenis į vartotojo naršyklę, kuri tada gali jį rodyti.

WebSockets įgyvendinimas: praktiniai aspektai

WebSockets įgyvendinimas apima ir priekinio (kliento pusė) ir galinio (serverio pusė) kūrimą. Laimei, dauguma šiuolaikinių interneto kūrimo krūvų suteikia puikų palaikymą.

Priekinis įgyvendinimas (JavaScript):

Gimtoji JavaScript `WebSocket` API leidžia tiesiogiai užmegzti ir valdyti ryšius.

Pagrindinis pavyzdys:

// Sukurkite naują WebSocket ryšį
const socket = new WebSocket('ws://your-server.com/path');

// Įvykio tvarkytuvas, skirtas ryšiui atidaryti
socket.onopen = function(event) {
  console.log('WebSocket ryšys atidarytas');
  socket.send('Hello Server!'); // Siųskite pranešimą į serverį
};

// Įvykio tvarkytuvas, skirtas pranešimui gauti iš serverio
socket.onmessage = function(event) {
  console.log('Pranešimas iš serverio: ', event.data);
  // Apdoroti gautus duomenis (pvz., atnaujinti vartotojo sąsają)
};

// Įvykio tvarkytuvas, skirtas klaidoms
socket.onerror = function(event) {
  console.error('WebSocket klaida pastebėta:', event);
};

// Įvykio tvarkytuvas, skirtas ryšiui uždaryti
socket.onclose = function(event) {
  if (event.wasClean) {
    console.log(`WebSocket ryšys uždarytas švariai, kodas=${event.code} reason=${event.reason}`);
  } else {
    console.error('WebSocket ryšys mirė');
  }
};

// Norėdami vėliau uždaryti ryšį:
// socket.close();

Galinio įgyvendinimas:

Serverio pusės įgyvendinimas labai skiriasi priklausomai nuo naudojamos programavimo kalbos ir sistemos. Daugelis populiarių sistemų siūlo įmontuotą palaikymą arba patikimas bibliotekas, skirtas WebSocket ryšiams tvarkyti.

Pagrindinės užduotys gale apima:

Galinio pavyzdys (Konceptualus Node.js su `ws`):

const WebSocket = require('ws');

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });

console.log('WebSocket serveris paleistas 8080 prievadu');

wss.on('connection', function connection(ws) {
  console.log('Klientas prijungtas');

  ws.on('message', function incoming(message) {
    console.log(`Gauta: ${message}`);

    // Pavyzdys: Transliuokite pranešimą visiems prijungtiems klientams
wss.clients.forEach(function each(client) {
      if (client !== ws && client.readyState === WebSocket.OPEN) {
        client.send(message);
      }
    });
  });

  ws.on('close', () => {
    console.log('Klientas atsijungė');
  });

  ws.on('error', (error) => {
    console.error('WebSocket klaida:', error);
  });

  ws.send('Sveiki atvykę į WebSocket serverį!');
});

WebSocket ryšių valdymas masteliu

Didėjant jūsų programai, efektyvus didelio skaičiaus vienu metu vykdomų WebSocket ryšių valdymas tampa itin svarbus. Štai keletas pagrindinių strategijų:

1. Skalbiama serverio architektūra:

Horizontalus mastelio keitimas: Būtina įdiegti kelis WebSocket serverio egzempliorius už apkrovos balansavimo priemonės. Tačiau paprastas apkrovos balansatorius, kuris atsitiktinai paskirsto ryšius, neveiks transliacijai, nes vienam serverio egzemplioriui išsiųstas pranešimas nepasieks klientų, prijungtų prie kitų. Jums reikia tarp serverių ryšio mechanizmo.

Pranešimų brokeriai / Pub/Sub: Tokie sprendimai kaip „Redis Pub/Sub“, „Kafka“ arba „RabbitMQ“ yra neįkainojami. Kai serveris gauna pranešimą, kurį reikia transliuoti, jis paskelbia jį pranešimų brokeriui. Visi kiti serverio egzemplioriai užsiprenumeruoja šį brokerį ir gauna pranešimą, todėl jie gali persiųsti jį atitinkamiems prijungtiems klientams.

2. Efektyvus duomenų tvarkymas:

3. Ryšių valdymas ir atsparumas:

4. Saugumo aspektai:

WebSockets vs. kitos realaus laiko technologijos

Nors „WebSockets“ yra dominuojanti jėga, verta juos palyginti su kitais metodais:

1. HTTP ilgas apklausimas:

Ilgojo apklausimo metu klientas siunčia HTTP užklausą serveriui, o serveris palaiko ryšį atvirą, kol turi naujų duomenų, kuriuos reikia išsiųsti. Išsiuntus duomenis (arba pasibaigus laiko limitui), klientas nedelsdamas pateikia kitą užklausą. Tai efektyviau nei trumpas apklausimas, bet vis tiek apima pakartotinių HTTP užklausų ir antraščių papildomas išlaidas.

2. Serverio siunčiami įvykiai (SSE):

SSE suteikia vienpusį ryšio kanalą iš serverio į klientą per HTTP. Serveris gali stumti duomenis į klientą, bet klientas negali siųsti duomenų atgal į serverį per tą patį SSE ryšį. Tai paprasčiau nei WebSockets ir naudoja standartinį HTTP, todėl lengviau naudoti tarpinį serverį. SSE idealiai tinka scenarijams, kai reikia tik serverio ir kliento atnaujinimų, pvz., tiesioginiai naujienų kanalai ar akcijų kainų rodikliai, kur vartotojo įvestis nėra pagrindinis dėmesys.

3. WebRTC (Web Real-Time Communication):

WebRTC yra sudėtingesnė sistema, skirta „peer-to-peer“ ryšiui, įskaitant realaus laiko garsą, vaizdą ir duomenų srautus tiesiai tarp naršyklių (nebūtinai per centrinį serverį). Nors WebRTC gali valdyti duomenų kanalus, jis paprastai naudojamas turtingesnei medijos sąveikai ir reikalauja signalinių serverių ryšiams užmegzti.

Apibendrinant:

Realiojo laiko komunikacijos ateitis

WebSockets tvirtai įsitvirtino kaip realaus laiko interneto komunikacijos standartas. Interneto raidai judant į interaktyvesnę ir dinamiškesnę patirtį, jų svarba tik didės. Būsimi pokyčiai gali apimti:

Išvada

WebSockets yra reikšmingas pažanga interneto komunikacijoje, leidžiantis vartotojams gauti turtingą, interaktyvią ir realaus laiko patirtį. Suteikdami nuolatinį, visapusišką dvipusį kanalą, jie įveikia tradicinio HTTP apribojimus dinaminiam duomenų mainams. Nesvarbu, ar kuriate pokalbių programą, bendradarbiavimo įrankį, tiesioginės informacijos suvestinę ar internetinį žaidimą, veiksmingas WebSockets supratimas ir įgyvendinimas bus labai svarbus norint suteikti puikią vartotojo patirtį savo pasaulinei auditorijai.

Pasinaudokite realaus laiko komunikacijos galia. Pradėkite tyrinėti WebSockets šiandien ir atskleiskite naują savo interneto programų interaktyvumo lygį!

WebSockets: Jūsų išsamus vadovas realaus laiko komunikacijai | MLOG