正しいメッセージプッシュ戦略を選ぶための総合ガイド

メッセージプッシュを実装する方法はたくさんあります。

ショートポーリング
ロングポーリング
WebSocket
Server-Sent Events (SSE)
HTTP/2 サーバープッシュ
MQTT プロトコル
サードパーティプッシュサービス

この記事では、どのソリューションを選択すれば良いか、オプションが多すぎて圧倒されないように議論します。

ショートポーリング

ネットワークリソース: ショートポーリングは、特にクライアントのポーリング間隔が非常に短い場合に、大量のネットワークリクエストを生成します。これにより、重大なネットワークオーバーヘッドが発生する可能性があります。
サーバー処理: サーバーは、新しいデータがない場合でも、各ポーリングリクエストを処理して応答を送信する必要があります。この頻繁なリクエスト処理により、CPUとメモリの使用量が増加する可能性があります。
まとめ: 更新がまれであるにもかかわらず、クライアントが頻繁にリクエストを送信し続ける場合、ショートポーリングはリソースを浪費する可能性があります。ほとんどの応答は単に「新しいデータなし」を示すだけであるためです。

ロングポーリング

クライアントはサーバーにリクエストを送信し、サーバーに新しいデータが準備できていない場合、新しいデータが利用可能になるまで接続を開いたままにします。データが送信されると、クライアントはそれを処理し、すぐに新しいリクエストを送信して、このサイクルを繰り返します。

ロングポーリングは、イベント通知などのリアルタイムまたはほぼリアルタイムの通知および更新によく使用されます。

ネットワークリソース: ショートポーリングと比較して、ロングポーリングは不要なネットワークリクエストを削減します。サーバーは新しいデータが利用可能な場合にのみ応答し、ネットワークトラフィックを削減します。
サーバー処理: ロングポーリングでは、新しいデータが到着するかタイムアウトするまで、各クライアントリクエストを開いたままにするため、サーバーがより多くのオープン接続を維持する必要があります。これにより、メモリ使用量が増加し、サーバーの同時接続制限に達する可能性があります。
まとめ: ロングポーリングは、特に更新がまれであるが、クライアントに迅速に配信する必要がある場合に、一部のシナリオでより効率的なリソース使用率を提供できます。ただし、多くのクライアントが同時にロングポーリングを使用している場合、サーバーは大量の同時オープン接続を処理する必要がある場合があります。

WebSocket

WebSocketは、全二重通信チャネルを提供し、サーバーとクライアントの両方がいつでも相互にデータを送信できるようにします。これは、高リアルタイムで効率的なソリューションであり、リアルタイムチャットに最適です。

ネットワークリソース: WebSocketは、接続を確立するために1回のハンドシェイクのみを必要とし、その後、メッセージごとに新しいリクエスト-レスポンスサイクルを必要とせずに、データを双方向に送信できます。これにより、ネットワークオーバーヘッドが大幅に削減されます。
サーバー処理: WebSocket接続が確立されると、クライアントまたはサーバーのいずれかが閉じることを決定するまで開いたままになります。つまり、サーバーはすべてのアクティブなWebSocket接続を維持する必要があり、メモリやその他のリソースを消費する可能性があります。
まとめ: WebSocketは、データの更新が頻繁に発生し、リアルタイムでクライアントに配信する必要があるシナリオで非常に効果的です。永続的な接続を維持する必要がありますが、ネットワークオーバーヘッドが削減されるため、通常はより効率的です。

Server-Sent Events (SSE)

Server-Sent Events（SSE）は、サーバーが新しいデータをクライアントに送信するための簡単な方法を提供します。これはWebSocketよりも単純ですが、サーバーからクライアントへの一方向通信のみを許可します。イベント通知やアラートに適しています。

ネットワークリソース: WebSocketと同様に、SSEは永続的な接続を確立するために1回のハンドシェイクのみを必要とします。確立されると、サーバーはメッセージを継続的にクライアントにプッシュできます。
サーバー処理: SSEはデータを送信するために永続的な接続を維持する必要がありますが、WebSocketとは異なり、一方向です。つまり、サーバーはクライアントからのメッセージを処理する必要はありません。
まとめ: SSEは、サーバーのみがデータをクライアントにプッシュする必要があるシナリオ（リアルタイム通知など）に効率的なテクノロジーです。

HTTP/2 サーバープッシュ

HTTP/2プロトコルはサーバープッシュをサポートしており、サーバーはクライアントがリクエストする前にプロアクティブにデータを送信できます。これにより、レイテンシーを短縮できますが、通常は一般的なメッセージプッシュではなく、CSSやJavaScriptファイルなどの関連リソースを送信するために使用されます。

主に、ロード時間を短縮し、Webパフォーマンスを向上させるために、CSSやJavaScriptファイルなどの関連リソースを事前に送信するために使用されます。
ページロード速度とユーザーエクスペリエンスを向上させることができます。
一般的なメッセージプッシュには適しておらず、HTTP/2のサポートが必要です。これには特定のサーバー構成が必要になる場合があります。

MQTT プロトコル

MQTT（Message Queue Telemetry Transport）は、パブリッシュ/サブスクライブモデルに基づく軽量通信プロトコルです。クライアントは関連するトピックをサブスクライブしてメッセージを受信でき、モノのインターネット（IoT）の標準的なトランスポートプロトコルです。

このプロトコルは、メッセージの発行者をサブスクライバーから分離し、信頼性の低いネットワーク環境でも、リモートで接続されたデバイスに信頼性の高いメッセージングサービスを提供できるようにします。その使用法は、従来のメッセージキュー（MQ）といくらか似ています。

TCPプロトコルはトランスポート層で動作し、MQTTはアプリケーション層で動作します。MQTTはTCP/IPの上に構築されているため、TCP/IPがサポートされている場所であればどこでも使用できます。

なぜIoTにMQTTを使用するのか？

より身近なHTTPなどの他のプロトコルではなく、MQTTがIoTで広く支持されているのはなぜですか？

HTTPは同期プロトコルであり、クライアントはリクエストを行った後、応答を待つ必要があります。IoT環境では、デバイスは帯域幅の制約、高いレイテンシー、不安定なネットワーク接続の影響を受けることが多く、非同期メッセージングプロトコルがより適しています。
HTTPは一方向です。つまり、クライアントはメッセージを受信するために接続を開始する必要があります。ただし、IoTアプリケーションでは、デバイスとセンサーがクライアントとして機能することが多いため、ネットワークからコマンドをパッシブに受信できません。
多くの場合、単一のコマンドまたはメッセージをネットワーク内のすべてのデバイスに送信する必要があります。HTTPでこれを実現することは困難であるだけでなく、コストもかかります。

サードパーティプッシュサービス

メッセージプッシュを処理するために、Firebase Cloud Messaging（FCM）やApple Push Notification Service（APNs）などのサードパーティプッシュサービスを使用します。

比較

WebSocketとServer-Sent Eventsは、低レイテンシーと高リアルタイムパフォーマンスを提供しますが、より多くのサーバーリソースが必要になる場合があります。ロングポーリングは、より高いレイテンシーが発生する可能性があり、最も効率的なソリューションではない可能性があります。HTTP/2サーバープッシュとサードパーティプッシュサービスは、高いリアルタイムパフォーマンスを必要としないアプリケーションに適している可能性があります。メッセージキューとパブリッシュ/サブスクライブモデルは、サーバーとクライアントを分離する方法を提供しますが、システムの複雑さを増す可能性があります。

実装方法を選択する際は、リアルタイム要件、サーバーリソース、ネットワーク条件、開発とメンテナンスの複雑さなど、特定のアプリケーションニーズを検討してください。さまざまなニーズを満たすために、複数の方法を組み合わせることも可能です。

クライアントが多く、データの更新がまれな場合、ロングポーリングは不要なネットワークリクエストを削減するため、ショートポーリングよりも効率的です。
サーバーに接続制限がある場合、またはリソースが限られている場合、多数のロングポーリングリクエストによりリソースが枯渇し、サーバーが不安定になる可能性があります。
データの更新が非常に頻繁な場合、ショートポーリングは頻繁なリクエストをより簡単に処理できるため、より適している場合があります。
WebSocketは通常、リアルタイム通信を必要とするアプリケーションにとって、より効率的でリソースに優しいです。ネットワークオーバーヘッドを削減し、継続的な低レイテンシーの双方向通信を提供します。
ショートポーリングとロングポーリングは、永続的な接続が不要な場合、またはWebSocketが利用できないか不適切な場合に適している可能性があります。
WebSocket: 双方向通信を提供し、オンラインチャットなどのリアルタイムインタラクションを必要とするアプリケーションに適しています。全二重であるため、双方向メッセージ送信の処理により多くのリソースが必要になる場合があります。
SSE: 一方向通信を提供し、株式市場の更新など、サーバーのみがデータをプッシュする必要があるアプリケーションに適しています。SSEは一方向通信のみを処理するため、通常はWebSocketよりも軽量です。
ショートポーリング: 特にデータの更新が頻繁なシナリオでは、重大なネットワークオーバーヘッドを生成する可能性があります。
ロングポーリング: ネットワークオーバーヘッドを削減しますが、新しいデータが利用可能になるか、リクエストがタイムアウトするまで、サーバーが多くのオープン接続を維持する必要があります。

リソース消費の観点から:

WebSocketとSSEは永続的な接続を維持する必要がありますが、ネットワークオーバーヘッドを削減するため、一般的にショートポーリングやロングポーリングよりも効率的です。
SSEは一方向であるため、WebSocketよりも軽量である可能性があります。
ショートポーリングは、特にリクエストが頻繁でデータの更新がまれな場合に、最もリソースを消費します。
ロングポーリングは、場合によってはショートポーリングよりも効率的ですが、WebSocketやSSEほど効率的ではありません。

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