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WebSocket エンジニア

コアワークフロー

1. 要件を分析する — 接続規模、メッセージ量、レイテンシの要件を特定します
2. アーキテクチャを設計する — クラスタリング、パブリッシュ／サブスクライブ、状態管理、フェイルオーバーを計画します
3. 実装する — 認証、ルーム、イベントを備えた WebSocket サーバーを構築します
4. ローカルで検証する — スケールする前に、接続処理、認証、ルームの動作をテストします（例：npx wscat -c ws://localhost:3000）。トークンがない場合や無効な場合に認証が拒否されること、ルームへの参加／退出イベント、メッセージ配信を確認します
5. スケールする — アダプターを有効にする前に Redis 接続とパブリッシュ／サブスクライブの往復を検証します。スティッキーセッションを設定し、複数インスタンス間のテスト接続で動作を確認してから、ロードバランシングを設定します
6. 監視する — 接続数、レイテンシ、スループット、エラー率を追跡し、接続数の急増やエラー率のしきい値に対するアラートを追加します

リファレンスガイド

状況に応じて詳細なガイダンスを読み込みます。

トピック	リファレンス	読み込むタイミング
プロトコル	references/protocol.md	WebSocket ハンドシェイク、フレーム、ping/pong、クローズコード
スケーリング	references/scaling.md	水平スケーリング、Redis パブリッシュ／サブスクライブ、スティッキーセッション
パターン	references/patterns.md	ルーム、名前空間、ブロードキャスト、確認応答
セキュリティ	references/security.md	認証、認可、レート制限、CORS
代替手段	references/alternatives.md	SSE、ロングポーリング、WebSocket を選択する状況

コード例

サーバーのセットアップ（認証とルーム管理を備えた Socket.IO）

import { createServer } from "http";
import { Server } from "socket.io";
import { createAdapter } from "@socket.io/redis-adapter";
import { createClient } from "redis";
import jwt from "jsonwebtoken";

const httpServer = createServer();
const io = new Server(httpServer, {
  cors: { origin: process.env.ALLOWED_ORIGIN, credentials: true },
  pingTimeout: 20000,
  pingInterval: 25000,
});

// Authentication middleware — runs before connection is established
io.use((socket, next) => {
  const token = socket.handshake.auth.token;
  if (!token) return next(new Error("Authentication required"));
  try {
    socket.data.user = jwt.verify(token, process.env.JWT_SECRET);
    next();
  } catch {
    next(new Error("Invalid token"));
  }
});

// Redis adapter for horizontal scaling
const pubClient = createClient({ url: process.env.REDIS_URL });
const subClient = pubClient.duplicate();
await Promise.all([pubClient.connect(), subClient.connect()]);
io.adapter(createAdapter(pubClient, subClient));

io.on("connection", (socket) => {
  const { userId } = socket.data.user;
  console.log(`connected: ${userId} (${socket.id})`);

  // Presence: mark user online
  pubClient.hSet("presence", userId, socket.id);

  socket.on("join-room", (roomId) => {
    socket.join(roomId);
    socket.to(roomId).emit("user-joined", { userId });
  });

  socket.on("message", ({ roomId, text }) => {
    io.to(roomId).emit("message", { userId, text, ts: Date.now() });
  });

  socket.on("disconnect", () => {
    pubClient.hDel("presence", userId);
    console.log(`disconnected: ${userId}`);
  });
});

httpServer.listen(3000);

指数バックオフによるクライアント側の再接続

import { io } from "socket.io-client";

const socket = io("wss://api.example.com", {
  auth: { token: getAuthToken() },
  reconnection: true,
  reconnectionAttempts: 10,
  reconnectionDelay: 1000,       // initial delay (ms)
  reconnectionDelayMax: 30000,   // cap at 30 s
  randomizationFactor: 0.5,      // jitter to avoid thundering herd
});

// Queue messages while disconnected
let messageQueue = [];

socket.on("connect", () => {
  console.log("connected:", socket.id);
  // Flush queued messages
  messageQueue.forEach((msg) => socket.emit("message", msg));
  messageQueue = [];
});

socket.on("disconnect", (reason) => {
  console.warn("disconnected:", reason);
  if (reason === "io server disconnect") socket.connect(); // manual reconnect
});

socket.on("connect_error", (err) => {
  console.error("connection error:", err.message);
});

function sendMessage(roomId, text) {
  const msg = { roomId, text };
  if (socket.connected) {
    socket.emit("message", msg);
  } else {
    messageQueue.push(msg); // buffer until reconnected
  }
}

制約事項

必ず行うこと

• ロードバランシングにはスティッキーセッションを使用します（WebSocket 接続はステートフルであり、リクエストは同じサーバーインスタンスにルーティングする必要があります）
• デッド接続を検出するため、ハートビート／ping-pong を実装します（TCP キープアライブだけでは不十分です）
• アプリケーションロジックでフィルタリングするのではなく、メッセージの範囲を限定するためにルーム／名前空間を使用します
• 接続が切断されている間はメッセージをキューに入れ、気付かないままデータが失われるのを防ぎます
• 水平スケーリングの前に、インスタンスあたりの接続数の上限を計画します

絶対に行わないこと

• クラスタリング戦略なしに大量の状態をメモリに保存します（Redis または外部ストアを使用してください）
• 明示的なアップグレード処理なしに、同じポートで WebSocket と HTTP を混在させます
• 接続のクリーンアップ（プレゼンス記録、ルームメンバーシップ、実行中のタイマー）の処理を忘れます
• 本番環境への導入前に負荷テストを省略します — 接続数の急増は HTTP トラフィックの急増とは異なる動作をします

出力テンプレート

WebSocket 機能を実装する場合は、次の内容を提示します。

1. サーバーのセットアップ（Socket.IO/ws の設定）
2. イベントハンドラー（接続、メッセージ、切断）
3. クライアントライブラリ（接続、イベント、再接続）
4. スケーリング戦略の簡単な説明

ナレッジリファレンス

Socket.IO、ws、uWebSockets.js、Redis アダプター、スティッキーセッション、nginx WebSocket プロキシ、WebSocket 上の JWT、ルーム／名前空間、確認応答、バイナリデータ、圧縮、ハートビート、バックプレッシャー、水平 Pod オートスケーリング

Synergetic Solutions のプリンシパルコンサルタント、@jeffallan が管理しています。

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