WebSocket là gì?

WebSocket là một giao thức giao tiếp toàn song công (full-duplex) giữa client và server qua một kết nối duy nhất, thường được sử dụng trong các ứng dụng thời gian thực. WebSocket cho phép trao đổi dữ liệu liên tục mà không cần phải mở nhiều kết nối HTTP riêng lẻ cho mỗi yêu cầu, giúp tiết kiệm tài nguyên và giảm độ trễ.

So với giao thức HTTP truyền thống, WebSocket tạo ra một kênh kết nối hai chiều ổn định giữa client và server. Điều này cho phép cả hai bên có thể gửi và nhận dữ liệu bất cứ lúc nào mà không cần chờ đợi yêu cầu từ bên kia. WebSocket rất phù hợp cho các ứng dụng cần cập nhật liên tục và thời gian thực, như trò chuyện trực tuyến (chat), thông báo (notification), trò chơi trực tuyến (online games), hay bảng điều khiển tài chính.

Cách hoạt động của WebSocket

Bắt đầu kết nối: Quá trình bắt đầu sử dụng WebSocket bắt đầu bằng việc client gửi một yêu cầu kết nối HTTP thông thường, sau đó “nâng cấp” lên WebSocket (handshake). Server sẽ kiểm tra yêu cầu, nếu hợp lệ sẽ trả lời bằng cách “nâng cấp” kết nối này thành kết nối WebSocket. Sau đó, kết nối giữa client và server vẫn mở và ổn định.
- Kết nối WebSocket ban đầu sử dụng cổng tiêu chuẩn 80 (ws) hoặc 443 (wss) nếu sử dụng bảo mật SSL/TLS.
- WebSocket sử dụng một tiêu đề (header) HTTP đặc biệt gọi là “Upgrade” để chuyển từ giao thức HTTP sang WebSocket.
Giao tiếp hai chiều: Sau khi kết nối được thiết lập, cả client và server có thể tự do trao đổi dữ liệu dưới dạng các frame (khung dữ liệu) mà không cần khởi tạo lại kết nối hay gửi nhiều yêu cầu HTTP. Kết nối này sẽ tiếp tục mở cho đến khi một trong hai bên (client hoặc server) đóng lại.
Đóng kết nối: Khi không cần trao đổi dữ liệu nữa, kết nối có thể được đóng bằng cách gửi một thông báo kết thúc (close frame) từ cả hai bên.

Cấu trúc giao thức WebSocket

Handshake: Quá trình handshake WebSocket bắt đầu bằng một yêu cầu HTTP bình thường, sau đó được nâng cấp lên WebSocket qua tiêu đề HTTP. Đây là ví dụ về một yêu cầu và phản hồi handshake:
- Yêu cầu từ client:

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

Phản hồi từ server:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

Frame (Khung dữ liệu): Sau khi handshake thành công, WebSocket sử dụng các frame để trao đổi dữ liệu. Các frame này bao gồm:
- Text frame: Dữ liệu dạng văn bản.
- Binary frame: Dữ liệu dạng nhị phân.
- Ping/Pong frame: Dùng để kiểm tra kết nối còn sống hay không.
- Close frame: Đóng kết nối.

Ưu điểm của WebSocket

Kết nối liên tục: WebSocket tạo ra một kết nối duy nhất và giữ nó mở cho đến khi không cần thiết nữa. Điều này giúp tránh việc phải mở và đóng kết nối nhiều lần như HTTP, tiết kiệm tài nguyên mạng.
Giao tiếp hai chiều: Không giống HTTP, chỉ gửi yêu cầu từ client đến server và đợi phản hồi, WebSocket cho phép cả client và server đều có thể gửi dữ liệu bất kỳ lúc nào mà không cần phải chờ yêu cầu từ phía bên kia.
Thời gian thực: WebSocket được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu phản hồi ngay lập tức và trao đổi dữ liệu liên tục mà không có độ trễ lớn. Điều này làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng như chat, cập nhật thị trường chứng khoán, hoặc trò chơi trực tuyến.
Hiệu quả: Với HTTP, mỗi khi cần giao tiếp giữa client và server, phải tạo kết nối mới. WebSocket sử dụng một kết nối liên tục, giảm bớt việc truyền tải các tiêu đề HTTP không cần thiết, giúp tối ưu hóa hiệu năng và băng thông.

Nhược điểm của WebSocket

Bảo mật: Do WebSocket mở một kết nối liên tục giữa client và server, điều này làm tăng nguy cơ tấn công, ví dụ như các cuộc tấn công DoS (từ chối dịch vụ). Để giảm rủi ro, cần phải sử dụng WebSocket qua SSL/TLS (WSS).
Không tương thích với tất cả các proxy HTTP: Một số proxy HTTP có thể không hỗ trợ WebSocket vì nó cần “nâng cấp” từ giao thức HTTP truyền thống.
Khả năng xử lý tải lớn: Khi có quá nhiều kết nối WebSocket đồng thời, server có thể bị quá tải. Việc này đòi hỏi hệ thống phải được tối ưu hóa và mở rộng để có thể xử lý tốt.

Ứng dụng thực tiễn của WebSocket

Trò chuyện trực tuyến (Chat): WebSocket rất phổ biến trong các ứng dụng chat thời gian thực, nơi người dùng có thể gửi và nhận tin nhắn liên tục mà không có độ trễ.
Trò chơi trực tuyến: Các trò chơi trực tuyến yêu cầu sự cập nhật nhanh chóng và liên tục giữa người chơi và server. WebSocket cho phép trao đổi dữ liệu theo thời gian thực, giúp cải thiện trải nghiệm chơi game.
Thông báo (Notifications): WebSocket giúp gửi thông báo ngay lập tức từ server đến client khi có sự kiện mới, như email mới, tin nhắn đến hoặc cảnh báo hệ thống.
Bảng điều khiển tài chính: Trong các ứng dụng tài chính, như thị trường chứng khoán hay sàn giao dịch tiền tệ, WebSocket được sử dụng để cập nhật giá cả và giao dịch theo thời gian thực.
Ứng dụng IoT: Các thiết bị IoT (Internet of Things) thường cần trao đổi dữ liệu liên tục với server. WebSocket cho phép giao tiếp hai chiều giữa thiết bị và server mà không cần kết nối lại.

So sánh WebSocket với HTTP và Long Polling

HTTP: HTTP là giao thức truyền thông chỉ cho phép giao tiếp một chiều (client gửi yêu cầu, server trả lời). Mỗi lần client muốn cập nhật dữ liệu, nó phải gửi một yêu cầu mới, gây ra độ trễ và tốn tài nguyên.
Long Polling: Đây là kỹ thuật để “mô phỏng” giao tiếp hai chiều trong HTTP. Client gửi yêu cầu tới server, và server giữ kết nối mở cho đến khi có dữ liệu để trả về. Sau khi nhận được dữ liệu, client sẽ gửi yêu cầu mới. Tuy nhiên, long polling không hiệu quả vì nó yêu cầu nhiều lần mở và đóng kết nối.
WebSocket: Khác với HTTP và long polling, WebSocket giữ một kết nối duy nhất, cho phép trao đổi dữ liệu liên tục giữa client và server mà không cần phải tạo nhiều kết nối mới. Điều này giảm độ trễ và tốn ít tài nguyên hơn so với long polling.

Kết luận

WebSocket là một giải pháp mạnh mẽ và tối ưu cho các ứng dụng thời gian thực, nơi cần trao đổi dữ liệu liên tục và tức thời. Bằng cách tạo ra một kết nối hai chiều ổn định giữa client và server, WebSocket giúp giảm thiểu độ trễ và tối ưu hóa hiệu năng hệ thống. Tuy nhiên, để tận dụng hết tiềm năng của WebSocket, cần chú ý đến vấn đề bảo mật và khả năng mở rộng hệ thống.

WebSocket rất phù hợp cho các ứng dụng như trò chuyện trực tuyến, trò chơi, bảng điều khiển tài chính, và bất kỳ hệ thống nào yêu cầu giao tiếp thời gian thực giữa client và server.