Die richtige Message-Push-Strategie wählen: Ein umfassender Leitfaden

Es gibt viele Möglichkeiten, Message Push zu implementieren, wie zum Beispiel:

Short Polling
Long Polling
WebSocket
Server-Sent Events (SSE)
HTTP/2 Server Push
MQTT-Protokoll
Push-Dienste von Drittanbietern

Dieser Artikel wird erörtern, wann welche Lösung zu wählen ist, damit Sie sich nicht von zu vielen Optionen überfordert fühlen.

Short Polling

Netzwerkressourcen: Short Polling generiert eine große Anzahl von Netzwerkanfragen, insbesondere wenn das Polling-Intervall des Clients sehr kurz ist. Dies kann zu einem erheblichen Netzwerk-Overhead führen.
Server-Verarbeitung: Der Server muss jede Polling-Anfrage verarbeiten und eine Antwort senden, auch wenn keine neuen Daten vorhanden sind. Diese häufige Anfrageverarbeitung kann die CPU- und Speicherauslastung erhöhen.
Zusammenfassung: Wenn Aktualisierungen selten sind, Clients aber weiterhin häufig Anfragen senden, kann Short Polling Ressourcen verschwenden, da die meisten Antworten einfach "keine neuen Daten" angeben.

Long Polling

Der Client sendet eine Anfrage an den Server, und wenn der Server keine neuen Daten bereithält, hält er die Verbindung offen, bis neue Daten verfügbar sind. Sobald die Daten gesendet wurden, verarbeitet der Client sie und sendet sofort eine neue Anfrage, wobei dieser Zyklus wiederholt wird.

Long Polling wird häufig für Echtzeit- oder nahezu-Echtzeit-Benachrichtigungen und -Updates verwendet, wie z. B. Ereignisbenachrichtigungen.

Netzwerkressourcen: Im Vergleich zu Short Polling reduziert Long Polling unnötige Netzwerkanfragen. Der Server antwortet nur, wenn neue Daten verfügbar sind, wodurch der Netzwerkverkehr reduziert wird.
Server-Verarbeitung: Long Polling erfordert, dass der Server mehr offene Verbindungen aufrechterhält, da er jede Client-Anfrage offen hält, bis neue Daten eintreffen oder ein Timeout auftritt. Dies kann die Speicherauslastung erhöhen und die Grenzwerte für gleichzeitige Verbindungen des Servers erreichen.
Zusammenfassung: Long Polling kann in manchen Szenarien eine effizientere Ressourcennutzung ermöglichen, insbesondere wenn Aktualisierungen selten sind, aber schnell an Clients geliefert werden müssen. Wenn jedoch viele Clients gleichzeitig Long Polling verwenden, muss der Server möglicherweise eine große Anzahl gleichzeitiger offener Verbindungen verarbeiten.

WebSocket

WebSocket bietet einen Vollduplex-Kommunikationskanal, der es sowohl dem Server als auch dem Client ermöglicht, jederzeit Daten aneinander zu senden. Es ist eine äußerst echtzeitnahe und effiziente Lösung, ideal für Echtzeit-Chats.

Netzwerkressourcen: WebSocket benötigt nur einen einzigen Handshake, um eine Verbindung herzustellen. Danach können Daten bidirektional übertragen werden, ohne dass für jede Nachricht neue Anfrage-Antwort-Zyklen erforderlich sind. Dies reduziert den Netzwerk-Overhead erheblich.
Server-Verarbeitung: Sobald eine WebSocket-Verbindung hergestellt ist, bleibt sie offen, bis entweder der Client oder der Server beschließt, sie zu schließen. Dies bedeutet, dass der Server alle aktiven WebSocket-Verbindungen aufrechterhalten muss, was Speicher und andere Ressourcen verbrauchen kann.
Zusammenfassung: WebSocket ist äußerst effektiv in Szenarien, in denen Daten häufig aktualisiert werden und in Echtzeit an den Client geliefert werden müssen. Obwohl es die Aufrechterhaltung persistenter Verbindungen erfordert, ist es aufgrund des reduzierten Netzwerk-Overheads in der Regel effizienter.

Server-Sent Events (SSE)

Server-Sent Events (SSE) bieten eine einfache Möglichkeit für den Server, neue Daten an den Client zu senden. Es ist einfacher als WebSocket, ermöglicht aber nur die Einwegkommunikation vom Server zum Client. Es eignet sich für Ereignisbenachrichtigungen und Warnmeldungen.

Netzwerkressourcen: Ähnlich wie WebSocket erfordert SSE nur einen einzigen Handshake, um eine persistente Verbindung herzustellen. Nach der Herstellung kann der Server kontinuierlich Nachrichten an den Client pushen.
Server-Verarbeitung: SSE erfordert die Aufrechterhaltung einer persistenten Verbindung, um Daten zu senden, ist aber im Gegensatz zu WebSocket unidirektional. Dies bedeutet, dass der Server keine Nachrichten vom Client verarbeiten muss.
Zusammenfassung: SSE ist eine effiziente Technologie für Szenarien, in denen nur der Server Daten an den Client pushen muss, wie z. B. Echtzeitbenachrichtigungen.

HTTP/2 Server Push

Das HTTP/2-Protokoll unterstützt Server Push, wodurch der Server proaktiv Daten senden kann, bevor der Client sie anfordert. Dies kann die Latenz reduzieren, wird aber in der Regel verwendet, um zugehörige Ressourcen wie CSS- oder JavaScript-Dateien zu senden, anstatt für allgemeines Message Pushing.

Wird hauptsächlich verwendet, um zugehörige Ressourcen wie CSS- und JavaScript-Dateien vorab zu senden, um die Ladezeiten zu verkürzen und die Web-Performance zu verbessern.
Kann die Seitenladegeschwindigkeit und die Benutzerfreundlichkeit verbessern.
Nicht geeignet für allgemeines Message Pushing und erfordert HTTP/2-Unterstützung, was spezifische Serverkonfigurationen erfordern kann.

MQTT-Protokoll

MQTT (Message Queue Telemetry Transport) ist ein leichtgewichtiges Kommunikationsprotokoll, das auf dem Publish/Subscribe-Modell basiert. Es ermöglicht Clients, relevante Themen zu abonnieren, um Nachrichten zu empfangen, und ist ein Standardtransportprotokoll für das Internet der Dinge (IoT).

Dieses Protokoll entkoppelt Message Publisher von Subscribern und ermöglicht zuverlässige Messaging-Dienste für remote verbundene Geräte, selbst in unzuverlässigen Netzwerkumgebungen. Seine Verwendung ähnelt in gewisser Weise traditionellen Message Queues (MQ).

Das TCP-Protokoll arbeitet auf der Transportschicht, während MQTT auf der Anwendungsschicht arbeitet. MQTT baut auf TCP/IP auf, was bedeutet, dass es überall dort eingesetzt werden kann, wo TCP/IP unterstützt wird.

Warum MQTT für IoT verwenden?

Warum wird MQTT im IoT-Bereich so bevorzugt anstelle anderer Protokolle wie das bekanntere HTTP?

HTTP ist ein synchrones Protokoll, bei dem der Client nach einer Anfrage auf eine Antwort warten muss. In IoT-Umgebungen sind Geräte oft durch Bandbreitenbeschränkungen, hohe Latenzzeiten und instabile Netzwerkverbindungen beeinträchtigt, wodurch ein asynchrones Messaging-Protokoll besser geeignet ist.
HTTP ist unidirektional, was bedeutet, dass Clients eine Verbindung initiieren müssen, um Nachrichten zu empfangen. In IoT-Anwendungen fungieren Geräte und Sensoren jedoch oft als Clients, was bedeutet, dass sie keine Befehle passiv aus dem Netzwerk empfangen können.
Oft muss ein einzelner Befehl oder eine einzelne Nachricht an alle Geräte in einem Netzwerk gesendet werden. Dies mit HTTP zu erreichen ist nicht nur schwierig, sondern auch kostspielig.

Push-Dienste von Drittanbietern

Verwenden von Push-Diensten von Drittanbietern wie Firebase Cloud Messaging (FCM) oder Apple Push Notification Service (APNs) zur Abwicklung von Message Pushing.

Vergleich

WebSocket und Server-Sent Events bieten geringe Latenz und hohe Echtzeit-Performance, erfordern aber möglicherweise mehr Serverressourcen. Long Polling kann eine höhere Latenz verursachen und ist möglicherweise nicht die effizienteste Lösung. HTTP/2 Server Push und Push-Dienste von Drittanbietern eignen sich möglicherweise besser für Anwendungen, die keine hohe Echtzeit-Performance erfordern. Message Queues und das Publish/Subscribe-Modell bieten eine Möglichkeit, Server und Client zu entkoppeln, können aber die Systemkomplexität erhöhen.

Bei der Wahl einer Implementierungsmethode sollten Sie die spezifischen Anwendungsanforderungen berücksichtigen, einschließlich Echtzeit-Anforderungen, Serverressourcen, Netzwerkbedingungen sowie Entwicklungs- und Wartungskomplexität. Es ist auch möglich, mehrere Methoden zu kombinieren, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen.

Wenn es viele Clients gibt und Datenaktualisierungen selten sind, kann Long Polling effizienter sein als Short Polling, da es unnötige Netzwerkanfragen reduziert.
Wenn der Server Verbindungsbeschränkungen oder begrenzte Ressourcen hat, kann eine große Anzahl von Long-Polling-Anfragen die Ressourcen erschöpfen, wodurch der Server instabil wird.
Wenn Daten sehr häufig aktualisiert werden, kann Short Polling besser geeignet sein, da es häufige Anfragen einfacher verarbeiten kann.
WebSocket ist in der Regel effizienter und ressourcenschonender für Anwendungen, die Echtzeitkommunikation erfordern. Es reduziert den Netzwerk-Overhead und bietet eine kontinuierliche, bidirektionale Kommunikation mit geringer Latenz.
Short Polling und Long Polling sind möglicherweise besser geeignet für Szenarien, in denen persistente Verbindungen unnötig sind oder wenn WebSocket nicht verfügbar oder ungeeignet ist.
WebSocket: Bietet bidirektionale Kommunikation, geeignet für Anwendungen, die Echtzeit-Interaktion erfordern, wie z. B. Online-Chat. Da es sich um Vollduplex handelt, kann es mehr Ressourcen benötigen, um die bidirektionale Nachrichtenübertragung zu verarbeiten.
SSE: Bietet unidirektionale Kommunikation, geeignet für Anwendungen, bei denen nur der Server Daten pushen muss, wie z. B. Aktienmarktdaten. SSE ist in der Regel schlanker als WebSocket, da es nur die Einwegkommunikation verarbeitet.
Short-Polling: Kann einen erheblichen Netzwerk-Overhead verursachen, insbesondere in Szenarien mit häufigen Datenaktualisierungen.
Long-Polling: Reduziert den Netzwerk-Overhead, erfordert aber, dass der Server viele offene Verbindungen aufrechterhält, bis neue Daten verfügbar sind oder die Anforderung ein Zeitlimit überschreitet.

Aus der Perspektive des Ressourcenverbrauchs:

WebSocket und SSE erfordern die Aufrechterhaltung persistenter Verbindungen, sind aber im Allgemeinen effizienter als Short- und Long-Polling, da sie den Netzwerk-Overhead reduzieren.
SSE ist möglicherweise schlanker als WebSocket, da es unidirektional ist.
Short-Polling ist am ressourcenintensivsten, insbesondere wenn Anfragen häufig sind und Datenaktualisierungen selten sind.
Long-Polling kann in einigen Fällen effizienter sein als Short-Polling, ist aber immer noch weniger effizient als WebSocket oder SSE.