はじめに

WebSocket テクノロジーは、リアルタイム Web アプリケーションの構築方法に革命をもたらしました。要求/応答モデルに基づく従來の HTTP プロトコルとは異なり、WebSocket は全二重通信をサポートしており、データを同時に送信および受信できます。このため、WebSocket は低遅延とリアルタイム更新を必要とするアプリケーションに最適です。

WebSocket とは何ですか?

WebSocket は、クライアントとサーバー間の永続的な接続を提供するプロトコルです。この接続により、HTTP リクエストを繰り返すことなく継続的なデータ交換が可能になります。 WebSocket は開いたままの単一の TCP 接続を使用するため、リアルタイム通信が可能になります。

WebSocket の仕組み

1. ハンドシェイク: 通信はクライアントとサーバー間のハンドシェイクから始まります。クライアントは HTTP リクエストを送信して、接続を WebSocket にアップグレードします。サーバーは、プロトコルの切り替えを示す HTTP 101 ステータス コードで応答します。
2. 永続接続: ハンドシェイクが完了すると、永続接続が確立されます。この接続は開いたままになり、継続的なデータ交換が可能になります。
3. 全二重通信: WebSocket は全二重通信をサポートしています。これは、データを同時に送信および受信できることを意味します。
4. データ フレーム: データはフレームの形式で送信されます。フレームはテキスト フレーム、バイナリ フレーム、または制御フレームです。これらのフレームにより、効率的かつ柔軟なデータ転送が可能になります。

WebSocket の技術的利點

1. 永続的接続:

   • 原因: 従來の HTTP では、要求と応答のサイクルごとに新しい接続が必要であり、オーバーヘッドと遅延が追加されます。
   • メカニズム: WebSocket は、開いたままの単一の長期間存続する接続を確立し、接続を繰り返し開いたり閉じたりすることなく継続的なデータ交換を可能にします。これにより、接続の確立と切斷に関連するオーバーヘッドが削減され、より効率的な通信が可能になります。
   • 例: ライブ チャット アプリケーションでは、WebSocket 接続が確立されると、メッセージごとに新しい接続を確立することなく、メッセージをすぐに送受信できます。これにより、よりスムーズで応答性の高いチャット エクスペリエンスが実現します。

2. 低遅延:

   • 原因: HTTP リクエストごとに新しい接続を確立すると、接続のセットアップ時間により遅延が発生します。
   • 仕組み: WebSocket を使用すると、接続が確立されるため、すぐにデータを送受信できます。これは、低遅延が重要なライブ チャットやオンライン ゲームなどのリアルタイム アプリケーションにとって重要です。永続的な接続により、最小限の遅延でデータを転送できます。
   • 例: マルチプレイヤー オンライン ゲームでは、WebSocket を使用してリアルタイムの更新とプレイヤー間の対話が可能になります。遅延が少ないため、1 人のプレーヤーが実行したアクションが他のすべてのプレーヤーのゲームに即座に反映され、シームレスなゲーム體験が提供されます。

3. 全二重通信:

   • 原因: 従來の HTTP は、クライアントがリクエストを送信してサーバーの応答を待つリクエスト/レスポンス モデルに従い、一度に一方向の通信に制限されます。
   • メカニズム: WebSocket は全二重通信をサポートし、クライアントとサーバーが同時にデータを送受信できるようにします。これにより、雙方が相手からの応答を待たずにリアルタイムで通信できるため、アプリケーションの対話性と応答性が向上します。
   • 例: 株価情報表示アプリケーションでは、WebSocket を使用すると、クライアントが更新を毎回要求することなく、サーバーがリアルタイムの株価更新をクライアントにプッシュできます。これにより、ユーザーは最新の株価をすぐに受け取ることができます。

4. リソースの効率的な利用:

   • 原因: HTTP で接続の開閉を繰り返すと、サーバーとネットワークのリソースが消費されます。
   • メカニズム: WebSocket は永続的な接続を維持することで、接続のセットアップと切斷を繰り返す必要性を減らします。これにより、接続管理のオーバーヘッドが最小限に抑えられるため、サーバーとネットワークのリソースがより効率的に利用されます。サーバーは、負荷がかかることなく、より多くの接続を同時に処理できます。
   • 例: リアルタイム コラボレーション ツールでは、WebSocket を使用して複數のユーザーがドキュメントを同時に編集できます。永続的な接続により、接続セットアップを繰り返す必要がなく、1 人のユーザーが行った変更が他のすべてのユーザーに即座に反映されます。

5. オーバーヘッドを削減します:

   • 原因: 各 HTTP リクエストには、送信されるデータに追加されるヘッダーが含まれているため、全體のデータ サイズが増加し、効率が低下します。
   • メカニズム: WebSocket は単一の TCP 接続を使用して継続的なデータ交換を行うため、HTTP ヘッダーのオーバーヘッドが削減されます。これにより、頻繁な更新や大量のデータを必要とするアプリケーションにとって、WebSocket の効率が向上します。オーバーヘッドの削減により、より高速で効率的なデータ転送が可能になります。
   • 例: リアルタイム通知システムでは、WebSocket を使用すると、サーバーは HTTP ヘッダーのオーバーヘッドなしでクライアントに通知をプッシュできます。これにより、通知が迅速かつ効率的に配信されます。

6. スケーラビリティ:

   • 理由: 従來の HTTP を使用して多數の同時接続を処理するのは困難であり、リソースを大量に消費する可能性があります。
   • メカニズム: WebSocket は、多數の同時接続をより効率的に処理できます。このスケーラビリティは、複數のユーザーとのリアルタイムの対話をサポートする必要がある最新の Web アプリケーションにとって重要です。 WebSocket は、パフォーマンスを大幅に低下させることなく、高トラフィックと複數のユーザーを管理できます。
   • 例: ライブ ストリーミング プラットフォームでは、WebSocket を使用してサーバーが數千人の同時視聴者を処理できるようになります。効率的な接続処理により、すべての視聴者が最小限の遅延と高品質でライブ ストリームを受信できるようになります。

結論

WebSocket は、低遅延と効率的な通信機能を備えたリアルタイム Web アプリケーションのための強力なソリューションを提供します。 WebSocket にはいくつかの制限がありますが、その利點により、最新の Web 開発において貴重なツールとなっています。

その他のリソース

• WebSocket ドキュメント
• WebSocket API

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