WebSocket — это сетевой протокол обмена информацией между веб-приложениями и сервером в онлайн-режиме, то есть в реальном времени. Есть и другие протоколы связи — например, популярный HTTP. Отличие веб-сокетов от HTTP-протокола в том, что WS работает с двунаправленным потоком данных. Эта возможность, а также низкая задержка при передаче и высокая эффективность, — основные плюсы технологии. Разберем, как это работает и где можно использовать.
Что такое WebSocket
Это технология для интерактивной связи — протокол, позволяющий серверу и клиенту-браузеру обмениваться сообщениями в реальном времени. Для этого между клиентским приложением и сервером настраивается непрерывное соединение. По открытому каналу сервер передает команды по мере готовности, а клиент постоянно слушает сервер и может в любую секунду отправить сообщение.
Это и есть разница между работой WS и HTTP.
HTTP — это однонаправленный протокол. На каждый запрос открывается соединение, а после получения ответа канал закрывается. Если клиенту и серверу снова нужно обменяться данными, устанавливается новое соединение. Это ведет к задержкам в передаче сообщений, а при большом потоке обращений растет нагрузка на сеть и сервер.
WebSocket поддерживает беспрерывную дуплексную, то есть двустороннюю, связь: можно передавать и получать информацию одновременно по одному открытому каналу. Скорость обмена данными выше, а сетевые и серверные нагрузки ниже, чем при использовании HTTP.
Как работают веб-сокеты
Соединение устанавливается один раз. После этого сервер по постоянно открытому каналу передает сообщения клиенту, когда этого требует логика системы.
Схему работы можно представить в виде четырех блоков:
- «открывающее рукопожатие» handshake — установка соединения:
- клиент отправляет TCP-запрос на подключение;
- сервер проверяет разрешения и возможность соединения;
- если проблем нет, клиент получает ответ-подтверждение handshake;
- обмен данными в любой момент — отправка и получение через один канал;
- периодическая отправка запросов с сервера для проверки связи с клиентом;
- для завершения сессии — отправка клиентом запроса на закрытие соединения.
Один сервер может открыть каналы связи с несколькими сайтами и приложениями, а также несколько соединений с одним клиентом. Отправлять информацию можно любому числу клиентов: одному, всем или нескольким.
С помощью веб-сокетов можно передавать данные разных форматов: бинарные, потоковые, текст, изображения, видео, аудио. При пересылке очень больших данных файл разделяется на фреймы, каждый из которых включает короткий заголовок с длиной, типом информации и метками.
Типы WebSocket
По протоколу WS информация передается в незащищенном виде. Для безопасности и соблюдения конфиденциальности используют надстройку Secure — протокол для шифрованного соединения. WSS обычно работает через 443-й порт, создает надежный и защищенный канал связи между клиентом и серверной частью. Это позволяет использовать технологию в проектах с высокими требованиями к защите данных.
Применение WebSocket
За счет скорости и эффективности взаимодействия между сервером и клиентской частью технология получила широкое применение в системах с необходимостью обмена информацией в онлайн-режиме. Области использования:
- приложения для общения:
- чаты;
- мессенджеры;
- многопользовательские онлайн-игры;
- блоги, форумы и другие сайты с возможностью комментирования контента;
- сервисы техподдержки интернет-пользователей;
- соцсети;
- обновление информации в реальном времени:
- новостные порталы;
- приложения для мониторинга событий — например, отслеживание погоды, движения транспорта, загруженности дорог;
- финансовые биржи;
- онлайн-аукционы и торговые площадки с быстрой сменой цен, ассортимента, условий покупки;
- сервисы поиска и бронирования билетов;
- интернет вещей (IoT):
- управление устройствами;
- обмен данными между компонентами системы;
- веб-приложения:
- программы с функциональностью в реальном времени;
- интерактивные интерфейсы;
- сервисы push-уведомлений.
Иногда использовать веб-сокеты нецелесообразно — например, в проектах, которые работают со статичными или редко обновляемыми данными. На информационном сайте, в интернет-магазине с постоянным ассортиментом или простой CMS не нужно постоянно поддерживать открытый канал связи с сервером. Чтобы получить обновленный контент, достаточно обновить страницу. Это доступно HTTPS-протоколу.
Преимущества WebSocket
Технология полезна сайтам и системам, требующим быстрой передачи динамически обновляемых данных. Преимущества:
- двусторонняя связь — постоянное взаимодействие между клиентом и сервером;
- низкая задержка — минимальное ожидание отклика, быстрый обмен информацией;
- масштабируемость — возможность работы с большим количеством пользователей и устройств;
- неограниченное время жизни соединения — регулярное обновление подключения не требуется;
- эффективность — снижение потребления ресурсов, оптимизация трафика.
Использование надстройки WSS позволяет шифровать данные и обеспечить безопасность системы.
Недостатки использования WebSocket
С помощью веб-сокетов можно решать практически любые задачи, но иногда это нерационально. При выборе технологии для проекта стоит учитывать следующие особенности WS:
- более сложная разработка по сравнению с HTTP;
- возможные проблемы с эффективностью при передаче большого объема данных;
- несовместимость с некоторыми платформами и браузерами;
- повышенные требования к оборудованию на стороне сервера.
Также нужно предусмотреть проблемы, возникающие при переподключении клиентов к другим сетям. Сервер не знает о смене адреса на стороне клиента, если соединение не было закрыто.
Примеры использования WebSocket
Веб-сокеты встроены во многие популярные платформы на разных языках программирования. Примеры инструментов:
- Socket.IO — JavaScript-библиотека;
- Meteor — JavaScript-платформа для разработки приложений;
- Action Cable — инструмент для разработки приложений на Ruby on Rails;
- Django Channels — библиотека для Django;
- Apollo Server для GraphQL.
С помощью библиотек и фреймворков можно внедрять протокол WS в разные проекты. Например, в чат-приложении веб-сокеты будут отвечать за мгновенное отображение новых сообщений и отправку уведомлений. В онлайн-игре — за синхронизацию действий, обмен информацией, общение игроков. На биржах — за отслеживание актуальных курсов валют и других динамических данных.
Главное о WebSocket
Веб-сокеты — мощный инструмент для создания веб-приложений с функциональностью в реальном времени.
Преимущества протокола — двусторонняя связь, низкая задержка, эффективность, масштабируемость, возможность шифровать запросы.
Недостатки — сложность разработки, риск проблем совместимости, ограничения по объему данных.
При разработке модуля общения сервера с клиентом нужно учитывать баланс плюсов и минусов WS. Протокол оптимален не для всех проектов: иногда целесообразнее использовать HTTP и другие методы связи.