Real-Time Web Apps: Technologien für Echzeit-Kommunikation

Real-Time Web-Apps senden und empfangen Daten in Echtzeit, ohne dass Seiten neu geladen werden müssen. Die ereignisgesteuerte Funktionalität ist unverzichtbarer Bestandteil vieler moderner Anwendungen. Host Europe stellt die Technologien vor, die solche Echtzeit-Anwendungen für Alltagsanforderungen und das Internet of Things (IoT) ermöglichen.

Was ist eine Real-Time Web-App?

Eine Real-Time Web-App (Real-Time Application, RTA) ist eine Anwendung, die Live-Updates nahezu in Echtzeit ermöglicht, auf die Anwender sofort reagieren können. Die Anwendungen können Daten kontinuierlich nachladen und anzeigen, ohne die Seite vollständig aktualisieren zu müssen. Der zeitliche Rahmen ist entscheidend, zwischen einem auslösenden Ereignis und der Anzeige auf dem Bildschirm ist die Verzögerung minimal, sodass von Echtzeit-Anwendungen gesprochen wird.

Beispiele für Real-Time Web-Apps sind:

Chatprogramme wie WhatsApp und Slack
Video-Streaming und Livestreams
Websites mit Live-Sportergebnissen und Aktienkursen
Kollaborative Tools wie Google Docs und Microsoft Office 365
Videokonferenz-Tools wie Zoom und Microsoft Teams

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Unterschied zu klassischen Webanwendungen

Herkömmliche Web-Apps basieren auf einem Client-Server-Modell in Form eines Anfrage-Antwort-Modells. Der Client (Browser) fordert Daten an und der Server reagiert mit der Antwort. Der Server kann dabei nicht von sich aus Daten senden und eine Anzeige automatisch aktualisieren. Bei einer Real-Time App wird nicht immer wieder eine Anfrage ausgelöst und auf Antwort gewartet. Stattdessen bleibt die Verbindung zwischen Client und Server offen, sodass Daten kontinuierlich in beide Richtungen fließen können.

Arten von Real-Time Apps: weiche und harte Systeme

Bei Real-Time Web-Apps erfolgt eine Unterscheidung zwischen sogenannten weichen und harten Echtzeitsystemen.

Soft Real-Time Apps

Die oben genannten Beispiele entsprechen weichen Real-Time Web-Apps. Bei diesen sollen Ereignisse möglichst in Echtzeit übertragen werden und es gibt zeitliche Einschränkungen, allerdings hat eine Zeitüberschreitung keine katastrophalen Folgen und Verzögerungen sind tolerierbar. Wenn zum Beispiel eine Chatnachricht mal eine oder mehrere Sekunden später ankommt, ist das in der Regel kein Problem.

Hard Real-Time Apps

Bei harten Real-Time Web-Apps gelten hingegen strikt einzuhaltende Zeitvorgaben und eine Verzögerung im Millisekunden-Bereich kann kritische Folgen haben. Diese Systeme sind jedoch nicht webbasiert und kommen beispielsweise in industriellen Steuerungssystemen und Sicherheitssystemen von Fahrzeugen zum Einsatz.

Herausforderungen bei der Entwicklung

Für den Betrieb einer Real-Time Web-App müssen die Rahmenbedingungen stimmen und Entwickler die folgenden Punkte berücksichtigen:

Sicherstellung einer geringen Latenz
automatische Wiederherstellung von Verbindungen bei Verbindungsabbrüchen
Gewährleistung der Datenkonsistenz über verteilte Systeme hinweg
Ressourcen-Verwaltung bei vielen offenen Verbindungen

Möglichkeiten der Client-Server-Kommunikation

HTTP basiert auf einem synchronen Client-Server-Austausch, bei dem der Client die Kommunikation beginnt und der Server antwortet. Für eine Real-Time Web-App muss jedoch der Server den Client über Änderungen informieren können. Dafür stehen verschiedene Technologien zur Auswahl:

AJAX und Long Polling simulieren Echtzeit-Aktualisierungen.
WebSockets und Server-Sent Events (SSE) sind die modernen HTML5-Technologien für Real-Time Web-Apps.

AJAX und Ajax Long Polling

Mit AJAX Polling können Entwickler Echtzeit-Aktualisierungen simulieren. Der Client führt dafür JavaScript-Code aus, der den Server in regelmäßigen, kurzen Abständen mit einer HTTP-Anfrage nach Updates fragt. Der Server antwortet mit einer HTTP-Antwort, die neue Daten enthält oder nicht. Dieses Vorgehen verschwendet jedoch Ressourcen, da ständig nach Aktualisierungen gefragt wird, auch wenn der Server über keine neuen Informationen verfügt.

AJAX Long Polling soll die Anfragemenge reduzieren, indem der Client nur eine HTTP-Anfrage sendet und der Server erst dann antwortet, wenn aktualisierte Daten zur Verfügung stehen. Sobald der Client eine Antwort erhält, folgt eine neue Anfrage und der Server wartet wieder mit der Antwort, bis neue Daten gesendet werden können.

WebSocket

Das Kommunikationsprotokoll WebSocket ermöglicht den beidseitigen und gleichzeitigen Datenaustausch zwischen Client und Server. Die Vollduplex-Kommunikation über eine Verbindung macht Real-Time Web-Apps möglich. Anders als bei HTTP-Anfragen können Server mit WebSockets nach der Verbindungsherstellung jederzeit Daten an den Client senden und von diesem empfangen. Der Client muss die Anfrage nicht mehr auslösen. Die zugrunde liegende TCP-Verbindung bleibt so lange offen, wie die Seite im Client geöffnet ist.

Server-Sent Events (SSE)

Die Server-Sent Events bieten einen Mittelweg zwischen klassischen HTTP-Anfragen und WebSockets. Der Client startet eine Serveranfrage wie bei einer HTTP-Anfrage und der Server antwortet, nur dass die Antwort niemals endet. Der Server hält die TCP-Verbindung offen und schreibt Aktualisierungen in den Antwort-Stream. Auf diese Weise kann der Server neue Daten sofort übertragen, ohne auf eine Anfrage durch den Client warten zu müssen. Im Vergleich zu WebSockets kommunizieren Server-Sent Events jedoch nur in eine Richtung, nämlich vom Server zum Client. Der Client kann Daten weiter über klassische HTTP-Anfragen an den Server schicken. Da der Datenstrom bei vielen Real-Time Web-Apps asymmetrisch erfolgt und der Server meist Daten sendet, während der Client die meiste Zeit auf neue Daten wartet und nur selten Daten an den Server schickt, sind Server-Sent Events für viele Anwendungsfälle eine praktikable Lösung.

Moderne Frameworks für Real-Time Web-Apps

Für die Entwicklung interaktiver Anwendungen mit geringer Latenz und schnellen Updates kommen moderne Frameworks zum Einsatz, die die Umsetzung vereinfachen:

io ermöglicht die bidirektionale, ereignisgesteuerte Kommunikation in Echtzeit. Es unterstützt WebSockets und traditionelles Polling.
SignalR ist für .NET-Anwendungen die erste Wahl.
WebRTC ist eine Browser-API für Peer-to-Peer-Verbindungen sowie Audio- und Video-Streaming.

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Fazit

Real-Time Web-Apps können Daten innerhalb von Millisekunden empfangen und senden. Die vorgestellten Kommunikationstechnologien ermöglichen die ereignisgesteuerte Funktionalität, die einen wichtigen Baustein in der modernen Softwareentwicklung darstellt. Für das Hosting von solch anspruchsvollen Webanwendungen ist Host Europe Ihr zuverlässiger Partner. Mit den Paid Advanced Services erhalten Sie komplettes Server-Management und Unterstützung durch unsere Server-Experten.

Titelmotiv: Bild von huumsauna auf Pixabay

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