Что такое веб сокеты

Асинхронный веб, или Что такое веб-сокеты

Авторизуйтесь

Асинхронный веб, или Что такое веб-сокеты

Веб-сокеты (Web Sockets) — это передовая технология, которая позволяет создавать интерактивное соединение между клиентом (браузером) и сервером для обмена сообщениями в режиме реального времени. Веб-сокеты, в отличие от HTTP, позволяют работать с двунаправленным потоком данных, что делает эту технологию совершенно уникальной. Давайте разберемся, как работает эта технология и чем она отличается от HTTP.

Как работает HTTP?

Схема обмена сообщениями по HTTP

Вы наверняка знаете, что такое HTTP (или HTTPS), поскольку встречаетесь с этим протоколом каждый день в своём браузере. Браузер постоянно спрашивает у сервера, есть ли для него новые сообщения, и получает их.

Вы также можете знать, что HTTP позволяет использовать разные типы запросов, такие как POST, GET или PUT, каждый из которых имеет своё назначение.

Как работают веб-сокеты?

Схема обмена сообщениями при использовании веб-сокетов

Веб-сокетам же для ответа не нужны ваши повторяющиеся запросы. Достаточно выполнить один запрос и ждать отклика. Вы можете просто слушать сервер, который будет отправлять вам сообщения по мере готовности.

Веб-сокеты можно использовать, если вы разрабатываете:

Когда следует избегать использования веб-сокетов?

Практически никогда. Единственный минус — это несовместимость с некоторыми браузерами, но уже 95 % браузеров поддерживают веб-сокеты.

17–19 декабря, Онлайн, Беcплатно

В некоторых случаях веб-сокеты вам всё же не понадобятся. Если вы создаёте простую CMS, вам вряд ли пригодится функциональность в режиме реального времени. Также не стоит использовать веб-сокеты в REST API, поскольку вам хватит таких HTTP-запросов, как GET, POST, DELETE и PUT.

Практические примеры

В примерах ниже для клиента используется JavaScript, а для сервера — Node.js. Примеры очень просты и вряд ли пригодятся на практике, но зато позволят разобраться в сути.

Веб-сокеты

Вот иллюстрация работы веб-сокетов:

Демонстрация работы веб-сокетов

Эквивалент в HTTP

Так как HTTP должен постоянно проверять канал на наличие новых сообщений, можно использовать «грязную» проверку (dirty check) — подход, при котором клиент с заданной периодичностью (допустим, каждые 200 мс) проверяет наличие новых сообщений на сервере.

Чтобы не вникать в XMLHttpRequest, можно использовать библиотеку Axios. Она декларативна и очень понятна.

Заключение

Веб-сокеты являются одной из самых перспективных веб-технологий, которую уже сейчас используют многие разработчики. Она отлично подходит для взаимодействия в режиме реального времени, в том числе в онлайн-играх.

Источник

Как использовать Websocket на примере простого Express API?

Краткое описание технологии

Websocket — это протокол связи поверх TCP-соединения, предназначенный для обмена сообщениями между браузером и веб-сервером в режиме реального времени.

Для установления соединения WebSocket клиент и сервер используют протокол, похожий на HTTP. Клиент формирует особый HTTP-запрос, на который сервер отвечает определенным образом.

Несмотря на «похожесть» новых запросов и ответов на запросы и ответы протокола HTTP, они таковыми не являются. Например, в запросе есть тело, но в заголовках поле «Content-Length» отсутствует (что нарушает соглашения HTTP). Подробнее об этом можно прочитать в Википедии.

Одним из главных преимуществ технологии — это ее простота. На клиенте и сервере есть всего 4 события для обработки:

Почему Websocket?

Кроме ws существуют еще два способа непрерывной передачи данных: Server-Sent Events (SSE) и Long Polling.

Приведем сравнения механизмов непрерывной связи сервера и клиента, а также сделаем выводы, почему стоит (или не стоит) использовать вебсокет.

Одним из главных преимуществ технологии ws — это скорость передачи данных. SSE и LP используют протокол HTTP(S) и работают примерно так:

Пример работы простейшего api.

Что здесь происходит?

Чтобы создать сервер поддерживающий ws, мы создаем обычный http сервер, а потом привязываем к нему при создании websocket сервер.

Функция “on” помогает управлять событиями websocket. Самым примечательным является событие message, так что рассмотрим его подробнее.

Здесь функция получает параметр m — сообщение, то есть то, что отправил пользователь. Таким образом мы можем отправить с клиента строку и обработать ее на сервере. В данном случае сервер просто пересылает это сообщение всем, кто подключен к серверу websocket. Массив clients объекта webSocketServer содержит все подключения к серверу. Объект ws в то же время хранит данные только об одном подключении.

Не стоит использовать такой подход в реальном приложении. Если описать api таким образом, то сервер не может отличить один запрос от другого. О том, как можно построить api на основе websocket будет написано далее.

Взаимодействие с сервером на клиенте будет выглядеть так:

API на основе Websocket

В отличие от REST API, где запросы распределены по разным url, Websocket API имеет только один url. Для того, чтобы построить полноценное API на основе вебсокетов, необходимо научить систему отличать один запрос от другого. Это можно реализовать следующим образом:

1) С клиента мы будем передавать запросы в виде строки-json, которую распарсим на сервере:

2) На сервере мы распарсим строку и выделем в ней поле event — тип запроса. Пропишем для каждого типа соответствующий ответ:

Таким образом мы можем отправлять разные запросы на сервер и обрабатывать ответ в зависимости от запроса.

Источник

WebSockets — полноценный асинхронный веб

Пару недель назад разработчики Google Chromium опубликовали новость о поддержке технологии WebSocket. В айтишном буржунете новость произвела эффект разорвавшейся бомбы. В тот же день различные очень известные айтишники опробовали новинку и оставили восторженные отзывы в своих блогах. Моментально разработчики самых разных серверов/библиотек/фреймворков (в их числе Apache, EventMachine, Twisted, MochiWeb и т.д.) объявили о том, что поддержка ВебСокетов будет реализована в их продуктах в ближайшее время.
Что же такого интересного сулит нам технология? На мой взгляд, WebSocket — это самое кардинальное расширение протокола HTTP с его появления. Это не финтифлюшки, это сдвиг парадигмы HTTP. Изначально синхронный протокол, построенный по модели «запрос — ответ», становится полностью асинхронным и симметричным. Теперь уже нет клиента и сервера с фиксированными ролями, а есть два равноправных участника обмена данными. Каждый работает сам по себе, и когда надо отправляет данные другому. Отправил — и пошел дальше, ничего ждать не надо. Вторая сторона ответит, когда захочет — может не сразу, а может и вообще не ответит. Протокол дает полную свободу в обмене данными, вам решать как это использовать.

Я считаю, что веб сокеты придутся ко двору, если вы разрабатываете:
— веб-приложения с интенсивным обменом данными, требовательные к скорости обмена и каналу;
— приложения, следующие стандартам;
— «долгоиграющие» веб-приложения;
— комплексные приложения со множеством различных асинхронных блоков на странице;
— кросс-доменные приложения.

И как это работает?

Очень просто! Как только ваша страница решила, что она хочет открыть веб сокет на сервер, она создает специальный javascript-объект:

А что при этом происходит в сети?

GET /demo HTTP/1.1
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Host: site.com
Origin: http://site.com

HTTP/1.1 101 Web Socket Protocol Handshake
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
WebSocket-Origin: http://site.com
WebSocket-Location: ws://site.com/demo

Если браузер это устраивает, то он просто оставляет TCP-соединение открытым. Все — «рукопожатие» совершено, канал обмена данными готов.
Как только одна сторона хочет передать другой какую-то информацию, она отправляет дата-фрейм следующего вида:

То есть просто строка текста — последовательность байт, к которой спереди приставлен нулевой байт 0x00, а в конце — 0xFF. И все — никаких заголовков, метаданных! Что именно отправлять, разработчики полностью оставили на ваше усмотрение: хотите XML, хотите JSON, да хоть стихи Пушкина.
Каждый раз, когда браузер будет получать такое сообщение, он будет «дергать» ваш колл-бек onmessage.

Легко понять, что КПД такого протокола стремится к 95%. Это не классический AJAX-запрос, где на каждую фитюльку приходится пересылать несколько килобайт заголовков. Разница будет особенно заметна если делать частый обмен небольшими блоками данных. Скорость обработки так же стремится к скорости чистого TCP-сокета — ведь все уже готово — соединение открыто — всего лишь байты переслать.

А картинку можно отправить?

Что значит «один или несколько байт»? Чтобы не создавать ограничений на длину передаваемого сообщения и в тоже время не расходовать байты нерационально, разработчики использовали очень хитрый способ указания длины тела сообщения. Каждый байт в указании длины рассматривается по частям: самый старший бит указывает является ли этот байт последним (0) либо же за ним есть другие (1), а младшие 7 битов содержат собственно данные. Обрабатывать можно так: как только вы получили признак бинарного дата-фрейма 0x80, вы берете следующий байт и откладываете его в отдельную «копилку», смотрите на следующий байт — если у него установлен старший бит, то переносите и его в «копилку», и так далее, пока вам не встретится байт с 0 старшим битом. Значит это последний байт в указателе длины — его тоже переносите в «копилку». Теперь из всех байтов в «копилке» убираете старшие биты и слепляете остаток. Вот это и будет длина тела сообщения. Еще можно интерпретировать как 7-битные числа без старшего бита.

Например, самую главную картинку веб-дизайна — прозначный однопиксельный GIF размером 43 байта можно передать так:

Не правда ли, очень элегантно?

Что это нам дает?

Скорость и эффективность

Высокую скорость и эффективность передачи обеспечивает малый размер передаваемых данных, который иногда даже будет помещаться в один TCP-пакет — здесь, конечно, же все зависит от вашей бизнес-логики. (В дата-фрейм можно засунуть и БСЭ, но для такой передачи потребуется чуть больше 1 TCP- пакета. 🙂 ).
Так же учтите, что соединение уже готово — не надо тратить время и трафик на его установление, хендшейки, переговоры.

Стандартность

Самим своим выходом WebSockets отправит на свалку истории Comet и все приблуды накрученные поверх него — Bayuex, LongPolling, MultiPart и так далее. Это все полезные технологии, но по большей части, они работают на хаках, а не стандартах. Отсюда периодески возникают проблемы: то прокся ответ «зажевала» и отдала его только накопив несколько ответов. Для «пробивания» проксей часто использовался двух-килобайтный «вантуз» — т.е. объем передаваемых данных увеличивался пробелами (или другими незначащими символами) до 2К, которые многие прокси передавали сразу, не задерживая. Периодически антивирусы выражали свое желание получить ответ полностью, проверить его, и только потом передать получателю. Конечно, сегодня все эти проблемы более-менее решены — иначе бы не было такого большого кол-ва веб-приложений. Однако, развитие в этом направлении сопряжено с появлением новых проблем — именно потому, что это попытка делать в обход стандарта.

Время жизни канала

В отличие от HTTP веб-сокеты не имеют ограничений на время жизни в неактивном состоянии. Это значит, что больше не надо периодически рефрешить соединение, т.к. его не вправе «прихлопывать» всякие прокси. Значит, соединение может висеть в неактивном виде и не требовать ресурсов. Конечно, можно возразить, что на сервере будут забиваться TCP-сокеты. Для этого достаточно использовать хороший мультиплексор, и нормальный сервер легко потянет до миллиона открытых коннектов.

Комплексные веб-приложения

Как известно в HTTP предусмотрено ограничение на число одновременных октрытых сессий к одному серверу. Из-за этого если у вас много различных асинхронных блоков на странице, то вам приходилось делать не только серверный, но и клиентский мультиплексор — именно отсюда идет Bayeux Protocol.
К счастью, это ограничение не распространяется на веб-сокеты. Открываете столько, сколько вам нужно. А сколько использовать — одно (и через него все мультиплексировать) или же наоборот — на каждый блок свое соединение — решать вам. Исходите из удобства разработки, нагрузки на сервер и клиент.

Кросс-доменные приложения

И еще один «камень в ботинке» AJAX-разработчика — проблемы с кросс-доменными приложениями. Да, и для них тоже придумана масса хаков. Помашем им ручкой и смахнем скупую слезу. WebSockets не имеет таких ограничений. Ограничения вводятся не по принципу «из-того-же-источника», а из «разрешенного-источника», и определяются не на клиенте, а на сервере. Думаю, внимательные уже заметили новый заголовок Origin. Через него передается информация откуда хотят подключиться к вашему websocket-у. Если этот адрес вас не устраивает, то вы отказываете в соединение.
Все! Конец кросс-доменной зопяной боли!

А руками пощупать можно?

UPDATE: Одной из открытых реализаций веб-сокетов является чат на www.mibbit.com (заметка в их блоге).
PHP-реализация сервера WebSocket также представлена модулем к асинхронному фреймворку phpDaemon, модуль называется WebSocketServer. Пример простейшего приложения, которое отвечает «pong» на фрейм (пакет) «ping» — ExampleWebSocket.
Вы можете попутно прослушать соедиение с помощью например tcpdump или любой другой программы и увидеть в действии всю ту механику, которую я описал выше.

Светлое будущее

И когда же оно настанет? На самом деле очень скоро. Гугл в очередной раз дал «волшебного пендаля» всей веб-индустрии, и все зашевелились. Вы удивитесь, но тут же люди вспомнили, что в багзилле фаерфокса уже год(!) висит задача на эту тему. В Хроме все изменения сделаны в WebKit — а значит очень скоро появится поддержка в Safari. Скоро подтянутся и остальные браузеры.

А если нельзя, но очень хочется?

На этот случай придуман временный заменитель — библиотечка web-socket-js с помощью флеша эмулирующая веб-сокеты. К сожалению, у нее есть небольшие проблемы с проксями и кросс-доменной работой. Но в качестве временного решения ее стоит опробовать.

Выводы

На мой взгляд, как только люди распробуют, эта технология получить очень широкое распространение. К весне-лету мы получим массу сайтов с ней. И как в свое время несколько лет прошло «под звездой AJAX», так и здесь год-другой мы будем слышать отзывы о внедрении WebSockets повсеместно.

Осторожно, двери закрываются. Не опоздайте на поезд в будущее.

Источник

Введение в веб-сокеты

В статье рассказывается, как использовать веб-сокеты для создания веб-приложений. Но перед тем как погрузиться в изучение протокола и API веб-сокетов, рассмотрим проблемы, с которыми сталкиваются веб-приложения, и как WebSocket помогает их решению.

Краткая история веб-приложений реального времени

Интернет был построен на представлении о том, что забота браузера– запрос данных с сервера, а забота сервера – обслуживание этих запросов. Эта парадигма не подвергалась сомнению несколько лет. Но с появлением AJAX в 2005 году многие начали работать над созданием двунаправленных соединений.

Но все эти технологии приводят к перегрузке HTTP. Каждый раз, когда вы делаете запрос HTTP, набор заголовков и cookie передаются на сервер. Они накапливаются в большие массивы информации, которые нужно передать. Это увеличивает время ожидания, что может быть критично для равномерной работы приложения.

Чтобы решить данную проблему, нужен был способ создания постоянного соединения с минимальными задержками, которое могло бы поддерживать транзакции, инициированные как клиентом, так и сервером. Это как раз то, что предоставляют веб-сокеты.

Как работают веб-сокеты

Веб-сокет создает постоянное соединение между клиентом и сервером, которое обе стороны могут использовать для отправки данных.

Браузер устанавливает соединение по веб-сокету при помощи «рукопожатия». Этот процесс начинается с отправки клиентом обычного запроса HTTP на сервер. В этот запрос включается заголовок Upgrade, который сообщает серверу, что браузер хочет установить соединение по веб-сокету.

Вот упрощённый пример первоначальных заголовков запроса.

GET ws ://websocket.example.com/ HTTP/1.1

Если сервер поддерживает протокол WebSocket, он сообщает об этом с помощью заголовка Upgrade в ответе.

HTTP /1.1 101 WebSocket Protocol Handshake

Date : Wed, 16 Oct 2013 10:07:34 GMT

С помощью веб-сокетов можно передавать неограниченный объем информации без добавления данных, связанных с запросами (как в HTTP). Данные передаются через веб-сокет как сообщения, каждое из которых состоит из одного или большего количества фрагментов.

Чтобы убедиться, что сообщение будет правильно интерпретировано на стороне клиента, каждому фрагменту предшествуют от 4 до 12 байт данных о полезной нагрузке. Использование обмена сообщениями на основе фрагментов позволяет снизить объем дополнительных данных, что приводит к сокращению задержек.

Замечание : Стоит отметить, что клиент будет уведомлен о новом сообщении только, когда сервер передаст все его фрагменты.

Создаём демо-пример

Создание приложения на основе веб-сокетов

Мы создадим простое приложение, которое соединяется с сервером по веб-сокету. Перед тем, как мы углубимся в детали API, нужно создать несколько файлов.

Посмотреть на CodePen

Создайте файл index.html и добавьте в него следующую разметку.

Мы создали несколько переменных и инициализировали их ссылками на ключевые элементы страницы.

Открытие соединений

Теперь, когда готов костяк приложения, можно начать изучать WebSocket API. Для начала узнаем, как создать новое соединение WebSocket. Для этого нужно вызвать конструктор класса WebSocket и передать ему URL сервера.

После того, как соединение установлено, возникнет событие open объекта WebSocket. Добавим обработчик события, который обновит статус элемента

Также мы добавляем класс open элементу

Обработка ошибок

Отправка сообщений

Чтобы отправить сообщение по веб-сокет, нужно вызвать метод send() объекта WebSocket, передав ему данные для отправки.

Можно отправлять как текст, так и двоичные данные. В нашем приложении нужно передавать содержимое текстового поля на сервер при отправке формы. Чтобы сделать это, надо определить обработчик события отправки формы.

При отправке формы приведенный выше код получит сообщение из messageField и отправит его через веб-сокет. Затем сообщение добавляется в messagesList и отображается на экране. После этого значение messageField очищается, чтобы пользователь мог ввести новое сообщение.

Получение сообщений

Закрытие соединений

Теперь нам нужно обновить статус соединения при его разрыве. Добавьте следующий код в файл app.js :

Чтобы завершить приложение, нужно добавить обработчик события, который будет вызываться при нажатии кнопки «Close Connection». Он должен вызывать метод close() объекта WebSocket.

Наше приложение готово!

Откройте файл index.html в браузере и попробуйте отправить несколько сообщений. Вы увидите, что сервер отправляет сообщения обратно.

Мониторинг трафика веб-сокета с помощью инструментов для разработчиков в Chrome

«Инструменты разработчика», доступные в браузере Google Chrome включают в себя средства для мониторинга трафика. Чтобы использовать этот инструмент:

Эти инструменты предоставляют общую информацию о данных, переданных через соединение.

WebSocket на сервере

Поддержка браузерами

Веб-сокеты поддерживаются практически во всех современных браузерах. Единственными исключениями являются Android- браузеры и Opera Mini.

Заключительные мысли

В этой статье вы узнали о протоколе WebSocket. А также том, как использовать его API для создания веб-приложений, работающих в режиме реального времени.

WebSocket – это большой шаг в эволюции интернета. Возможность создания соединения с низкими затратами ресурсов открывает путь к новому поколению веб-приложений.

Дайте знать, что вы думаете по этой теме статьи в комментариях. Мы крайне благодарны вам за ваши комментарии, дизлайки, отклики, подписки, лайки!

Пожалуйста, оставьте свои отзывы по текущей теме материала. Мы очень благодарим вас за ваши комментарии, подписки, дизлайки, лайки, отклики!

Источник

WebSocket: что это, когда следует использовать и какие преимущества дает

Существуют разные способы передачи данных от браузера или приложения к серверам и обратно.

Правила этих способов описаны в специальных протоколах. Некоторые применяют там, где нет необходимости обмениваться данными быстро, например на информационных сайтах, другие там, где важна скорость, в частности в интернете вещей.

Мы совместно с экспертами из компании Git in Sky решили рассказать об одной из таких технологий — протоколе передачи данных веб-сокет (WebSocket) — и объяснить принцип его работы и преимущества на простых примерах.

Чтобы понять, что такое протокол WebSocket, давайте посмотрим, каким был интернет до него

Раньше, чтобы получить новую информацию от сервера, клиент (браузер) должен был направить ему запрос, а сервер отправлял ответ. Без запроса не было ответа, то есть обновления страницы — сервер не мог ничего отправить сам. Например, пользователь получил сообщение или push-уведомление на сайте. Чтобы клиент об этом узнал, он должен опрашивать сервер с некоторой периодичностью, нет ли новых данных.

Другой вариант — клиент узнавал о новых данных только тогда, когда пользователь взаимодействовал с сайтом: переходил на другие страницы, вручную обновлял вкладку или открывал сайт заново. Как правило, использовался первый метод: клиент, к примеру, раз в 5 секунд отправлял запрос на сервер; если было что-то новое, сервер отдавал эту информацию в ответ.

В таком подходе были недостатки:

Веб-сокеты же позволяют устанавливать постоянное соединение, и теперь сервер может сам отправить клиенту новые данные, не дожидаясь запроса. Эта интерактивность устраняет вышеперечисленные недостатки. Чтобы увидеть преимущества протокола WebSocket, посмотрим, как он работает, сравнив его с протоколом HTTP.

Как работает WebSocket и в чем его отличия от HTTP

Протокол HTTP однонаправленный. После цикла «запрос — ответ» соединение закрывается, а любой следующий запрос каждый раз устанавливает новое соединение с сервером: сколько запросов, столько и соединений. Процесс передачи данных происходит с некоторыми задержками за счет того, что есть накладные расходы на установку нового соединения при каждом запросе/ответе, а также сетевая и серверная нагрузка из-за обилия периодических запросов. В чистом виде протокол HTTP сейчас используется все реже, ему на смену приходит HTTPS. Это не отдельный протокол, а надстройка над HTTP, позволяющая шифровать данные.

Протокол WebSocket двунаправленный, полнодуплексный, что означает, что он может одновременно и получать, и передавать информацию. Веб-сокет делает это множество раз в одном открытом соединении. У такого соединения и скорость выше, чем у HTTP.

У веб-сокетов также есть возможность шифровать передаваемые данные, для этого используется надстройка над протоколом — WSS. Если передаваемые данные не зашифрованы, они становятся объектом для привлечения таких угроз, как несанкционированный доступ к клиенту третьих сторон, использование вредоносного ПО. Специальные надстройки протоколов передачи данных кодируют информацию на стороне отправителя и раскодируют на стороне получателя, оставляя ее зашифрованной для любых посредников. Так достигается безопасный транспортный уровень.

Для наглядности покажем, в чем различия технологий HTTP и WebSocket, на примере их работы в чатах.

Чтобы пользователи могли получать новые сообщения, браузер периодически опрашивал сервер: есть ли новые сообщения для пользователя? Каждый такой запрос устанавливал новое соединение и создавал лишнюю сетевую нагрузку.

Схема обмена сообщениями через HTTP-протокол

Источник