WebSocketはWebブラウザとWebサーバー間で双方向の通信を行うための通信プロトコルです。現在、SNSなどのリアルタイム通信が必要となるツールが普及されると共に、どんどん汎用されています。
本文では、WebSocketの基本情報を紹介した上、仕組みや利用シーンなどを紹介していきます。WebSocketに入門したい方は、ぜひこのガイドを参照してください。
WebSocketとは
WebSocketはWebブラウザとWebサーバー間で双方向の通信を行うための通信プロトコルです。従来のHTTPプロトコルとは異なり、WebSocketでは通信が確立された後、サーバーとクライアント間で自由にデータのやり取りができます。
HTTPというプロトコルに比べてみると、WebSocketは次のような特徴を有しています。
双方向通信
サーバーからクライアントへ、クライアントからサーバーへと、双方向での通信が可能です。
フルデュプレックス通信
送信と受信を同時に行えるため、リアルタイムなデータのやり取りが可能です。
シングルTCP接続
HTTPのようにリクエスト毎に新しい接続を作る必要がなく、1つのTCP接続で通信できます。
ヘッダオーバーヘッドが小さい
HTTPに比べてヘッダが小さいため、通信の効率が良くなります。
WebSocketは、チャットアプリ、オンラインゲーム、協調編集ツール、リアルタイム更新を必要とするWebアプリケーションなど、双方向の継続的な通信が必要な場合に適しています。HTTPポーリングやロングポーリングに比べて、効率的でリアルタイム性が高くなります。
WebSocketのメリットとデメリット
従来から汎用されているHTTPプロトコルに比べてみると、WebSocketはたくさんのメリットがある一方、デメリットもあります。次は。WebSocketのメリットとデメリットをまとめて皆さんに紹介していこうと思います、
WebSocketのメリット：
- HTTPに比べて低オーバーヘッド
- サーバープッシュが可能で、クライアントからのリクエストを待つ必要がない
- ステートフルなコネクションを維持できる
- TCPの機能を活用できる (バイナリストリーミングなど)
WebSocketのデメリット：
- WebSocketサーバーが必要でHTTPサーバーでは足りない
- ステートフル接続なのでサーバー負荷が高くなる可能性がある
- セキュリティ対策が必要 (プロトコル仕様の理解、認証、承認など)
このようにWebSocketは、リアルタイム双方向通信を効率的に実現できる半面、HTTPに比べて複雑性が高くなるトレードオフがあります。
WebSocketの仕組み
WebSocketの通信が成り立つ仕組みとして、主に次のような4つの階段が必要となります。
ハンドシェイク
- クライアントからサーバーに対してWebSocket接続要求を行う
- この要求はHTTPプロトコルで行われる (Upgradeヘッダーを利用)
- サーバーが要求を受け入れると、SwitchingProtocolsレスポンスを返す
- これでTCP接続がHTTPからWebSocketに切り替わる
データフレーミング
- Handshakeで確立したWebSocket接続を使って、クライアントとサーバー間でデータをフレーム単位で送受信する
- フレームにはOPCODE(データの種類)とPayload Data(実データ)が含まれる
- フレームはマスクされて送信され、受信側でマスクを解除する
データ転送
- WebSocketはフルデュプレックス通信なので、クライアントとサーバーは同時に送受信可能
- コネクションを維持したまま、必要な時に自由にデータを送受信できる
ハンドシェイクを閉じる
- 通信が終了する際は、クライアントまたはサーバーからClose要求を送る
- 相手がそれを受け入れると、Close Handshakeが行われてコネクションが閉じられる
WebSokcetの利用シーン
WebSocketは、クライアントとサーバー間で双方向の通信を維持するためのプロトコルです。主な利用シーンは以下のようなものがあります。
リアルタイム通信システム
特に現在のSNSなどツールは、即座に反応することが必要がなるので、リアルタイムの通信も非常となってしまいます。こうした背景から、次のようなリアルタイム通信が必要となるツールやシステムには、WebSocketがどんどん汎用されていきます。
- チャットアプリ
- コラボレーションツール
- オンラインゲーム
- 株価などのリアルタイム配信
IoTデバイスの制御
- センサーデータのストリーミング
- デバイス制御とモニタリング
プログレス追跡
- ファイルアップロードの進捗状況表示
- 長時間実行タスクの進捗表示
通知システム
- 新着メール/メッセージの通知
- システムの更新通知
WebSocketは、HTTPに比べて軽量で効率的な双方向通信を可能にするため、通信の頻度が高く、リアルタイム性が求められるようなユースケースに適しています。従来のHTTPポーリングに比べてサーバーとクライアントの負荷が軽減され、レスポンスも向上します。ただし、WebSocketはステートフルな接続を維持するため、大量の同時接続を扱う場合はサーバーのリソース消費に注意が必要です。また、WebSocketはTCP/IPの上で動作するため、ファイアウォールなどのネットワーク機器の設定が必要な場合があります。
Apidogで簡単にWebSocketに接続して利用やテストを行う
それでは、WebSocketを利用してアプリを開発する際、WebSocketサーバに接続して、それを利用したり、テストしたりする必要がありますね。
このような場合、ApidogというWebSocketにも完璧に互換可能なAPI管理ツールを利用することがおすすめです。Apidogを利用すると、非常に直感的なGUIでWebSocketに簡単に接続することができますし、メッセージの送受信をも楽々に行えます。
ステップ⒈WebSocketのサーバーに接続
ApidogでWebSocketの疎通確認を行う場合、まずはWebSocketのリクエストを作成して、URL、メッセージなどの各パラメータを記入する必要があります。
「接続」ボタンをクリックして、WebSocketサーバーに接続します。
ApidogはWebSocketサーバーへの接続に成功した場合、提示メッセージが返されます。
ステップ⒉WebSocketのリクエストを送信
「送信」ボタンをクリックして、メッセージとパラメータをWebSocketサーバーに送信できます。
ステップ⒊WebSocketサーバーとの通信
リクエストを送信した後、サーバーからメッセージを受信することもできます。例えば、サーバー側が秒単位でクライアントにタイムスタンプを送信することができます。
ステップ⒋WebSocketサーバーとの接続を切断
WebSocketサーバーから接続を切断したい場合、「切断」ボタンをクリックします。
接続が成功に切断された場合、Apidogで提示メッセージが表示されます。
まとめ
本文では、WebSocketの基本情報を紹介した上、そのメリット、デメリット、仕組み及び活用シーンをも詳しく皆さんに解説しました。リアルタイム通信が実現可能なプロトコルとして、SNSなどの即座の反応が必要となるツールやシステムで大活躍しています。
また、WebSocketを利用したり、テストしたりするために、直感で使いやすいWebSocketテストツールのApidogを利用することがおすすめです。Apidogを利用して、WebSocketを簡単にテストすることが可能なので、WebSocketが正確に動作できることを保証することができます
