WebSocket: یہ کیا ہے، مکمل دو طرفہ مواصلاتی پروٹوکول اور یہ کیسے کام کرتا ہے

WebSocket کیا ہے؟

WebSocket ایک مواصلاتی پروٹوکول ہے جو TCP پر کام کرتا ہے اور کلائنٹ اور سرور کے درمیان ایک مکمل دو طرفہ چینل فراہم کرتا ہے۔ اسے 2011 میں IETF نے RFC 6455 کے طور پر معیاری بنایا تھا اور یہ تمام جدید براؤزرز، موبائل پلیٹ فارمز اور سرور فریم ورکس کے ذریعے تعاون یافتہ ہے۔

HTTP کے برعکس، جہاں کلائنٹ درخواست شروع کرتا ہے اور جواب وصول کرتا ہے، WebSocket کنکشن قائم ہونے کے بعد دونوں فریقوں کو کسی بھی وقت پیغامات بھیجنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ اسے فوری ترسیل کی ضرورت والے منظرناموں کے لیے مثالی بناتا ہے: چیٹس، اطلاعیں، مشترکہ دستاویز کی تدوین۔

WebSocket پروٹوکول ابتدائی مصافحہ کے لیے HTTP پورٹ 80 یا HTTPS پورٹ 443 استعمال کرتا ہے، جس کے بعد یہ کم سے کم ہیڈر کے ساتھ اپنے پروٹوکول پر سوئچ کرتا ہے — HTTP میں 800+ بائٹس کے مقابلے میں صرف 2 بائٹس۔ یہ خصوصیت بڑی تعداد میں پیغامات کے ساتھ نمایاں کارکردگی کا فائدہ فراہم کرتی ہے۔

پروٹوکول کی اہم خصوصیات

WebSocket کنکشن HTTP اپ گریڈ کی درخواست (Upgrade) سے شروع ہوتا ہے، جس کے بعد پروٹوکول بائنری فریم فارمیٹ میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ فریم کا سائز 2 بائٹس سے 2^63 بائٹس تک ہوتا ہے، جو مختصر ٹیکسٹ پیغامات اور بڑے بائنری ڈیٹا دونوں کی ترسیل کی اجازت دیتا ہے۔ پروٹوکول پیغام کی تقسیم، کلائنٹ سے سرور تک ڈیٹا ماسکنگ، اور کنکشن کو فعال رکھنے کے لیے ping/pong کو سپورٹ کرتا ہے۔

WebSocket کیسے کام کرتا ہے؟

WebSocket کنکشن قائم کرنے کا عمل دو مراحل پر مشتمل ہے: مصافحہ اور ڈیٹا کی منتقلی۔ مصافحہ کے مرحلے کے دوران، کلائنٹ Upgrade: websocket ہیڈر کے ساتھ HTTP درخواست بھیجتا ہے، اور سرور 101 Switching Protocols کی حیثیت سے پروٹوکول سوئچ کی تصدیق کرتا ہے۔ اس کے بعد، کنکشن مکمل دو طرفہ ترسیل کے موڈ میں داخل ہو جاتا ہے۔

WebSocket میں ہر پیغام فریموں میں تقسیم ہوتا ہے۔ ایک فریم میں opcode (ٹیکسٹ، بائنری ڈیٹا، بند، ping/pong)، پے لوڈ کی لمبائی اور کلائنٹ سے ڈیٹا کے لیے ماسکنگ کلید ہوتی ہے۔ فریموں کو تقسیم کیا جا سکتا ہے — کنٹرول فریم (ping/pong) پیغام کے ٹکڑوں کے درمیان بھیجے جا سکتے ہیں، جو طویل منتقلی کے دوران کنکشن ٹائم آؤٹ کو روکتے ہیں۔

const ws = new WebSocket('wss://example.com/chat')

ws.addEventListener('open', () => {
    console.log('کنکشن قائم ہو گیا')
    ws.send('ہیلو، سرور!')
})

ws.addEventListener('message', (event) => {
    console.log('موصول ہوا:', event.data)
})

ws.addEventListener('close', () => {
    console.log('کنکشن بند ہو گیا')
})

اوپر کی مثال میں، کلائنٹ محفوظ URL wss:// کی وضاحت کرتے ہوئے ایک WebSocket آبجیکٹ بناتا ہے۔ کنکشن کھلنے کے بعد، ایک خوش آمدید پیغام بھیجا جاتا ہے، اور پیغام ہینڈلر سرور سے جوابات وصول کرتا ہے۔ بند ہونے پر، کلوز ہینڈلر فعال ہوتا ہے — نیٹ ورک میں رکاوٹوں کی صورت میں دوبارہ کنکشن کے لیے یہ اہم ہے۔

WebSocket بمقابلہ HTTP: موازنہ

WebSocket اور HTTP کے درمیان بنیادی فرق تعامل کے ماڈل میں ہے۔ HTTP درخواست-جواب کی اسکیم پر کام کرتا ہے: کلائنٹ درخواست شروع کرتا ہے، سرور جواب دیتا ہے، اور کنکشن بند ہو جاتا ہے۔ دوسری طرف، WebSocket ایک مستقل چینل قائم کرتا ہے جس کے ذریعے دونوں فریق کسی بھی وقت ترسیل شروع کر سکتے ہیں۔

ان ایپلیکیشنز کے لیے جنہیں کم تاخیر اور ڈیٹا کا مسلسل سلسلہ درکار ہوتا ہے، WebSocket نمایاں طور پر زیادہ موثر ہے۔ HTTP Long Polling — ایک متبادل جہاں سرور ڈیٹا دستیاب ہونے تک درخواست کو کھلا رکھتا ہے — سرور پر ضرورت سے زیادہ بوجھ ڈالتا ہے اور متعدد بیک وقت کنکشنز کی وجہ سے میموری کی کھپت بڑھاتا ہے۔

High Performance Browser Networking (Grigorik, O'Reilly) کے مطابق، WebSocket ریئل ٹائم منظرناموں میں HTTP Long Polling کے مقابلے میں نیٹ ورک کی تاخیر کو 40-60% کم کرتا ہے، جبکہ بار بار مصافحہ کے خاتمے کی وجہ سے سرور کا بوجھ 3-5 گنا کم ہو جاتا ہے۔

WebSocket کہاں استعمال ہوتا ہے؟

اپنی کم تاخیر اور دو طرفہ مواصلات کی بدولت، WebSocket ایپلیکیشنز کی ایک وسیع رینج میں استعمال ہوتا ہے۔ اہم منظرناموں میں فوری پیغام رسانی، گیمز میں حالت کی مطابقت پذیری اور مالیاتی نظاموں میں مارکیٹ ڈیٹا کی ترسیل شامل ہیں۔

چیٹس اور میسنجر

WebSocket چیٹ ایپلیکیشنز کے لیے حقیقی معیار بن گیا ہے۔ Slack، Telegram Web اور WhatsApp Web جیسے پلیٹ فارمز فوری پیغام کی ترسیل کے لیے WebSocket استعمال کرتے ہیں۔ پروٹوکول ایک ہی چینل کے ذریعے ٹیکسٹ پیغامات اور فائلیں دونوں بھیجنے کی اجازت دیتا ہے، جبکہ ping/pong میکانزم غیرفعالیت کی مدت کے دوران بھی کنکشن کو فعال رکھتا ہے۔

آن لائن گیمز

ملٹی پلیئر براؤزر اور موبائل گیمز کو کھلاڑیوں کی حالت کو مطابقت پذیر بنانے کے لیے کم سے کم تاخیر درکار ہوتی ہے۔ WebSocket HTTP درخواستوں کی تاخیر کے بغیر نقاط، اعمال اور واقعات کو ریئل ٹائم میں منتقل کرتا ہے۔ Socket.IO اور Colyseus جیسے فریم ورک نیچی سطح کے پروٹوکول آپریشنز کو تجریدی بناتے ہیں، خودکار دوبارہ کنکشن اور کمرے شامل کرتے ہیں۔

مالیاتی ایپلیکیشنز

ٹریڈنگ ٹرمینلز اور تجارتی پلیٹ فارمز ریئل ٹائم کوٹس وصول کرنے کے لیے WebSocket استعمال کرتے ہیں۔ چند ملی سیکنڈ کی تاخیر لاکھوں ڈالر کا نقصان کر سکتی ہے، اس لیے مالیاتی API — جیسے Binance WebSocket Streams، Coinbase Pro — مارکیٹ ڈیٹا کے لیے WebSocket انٹرفیس فراہم کرتے ہیں۔

موبائل ایپلیکیشنز اور IoT

موبائل ڈیولپمنٹ میں، WebSocket مقامی API کے ذریعے استعمال ہوتا ہے: iOS پر URLSessionWebSocketTask اور Android پر OkHttp WebSocket۔ Flutter کے لیے web_socket_channel لائبریری ہے، اور React Native کے لیے — react-native-websocket۔ IoT ڈیوائسز ٹیلی میٹری منتقل کرنے اور کنٹرول کمانڈز وصول کرنے کے لیے WebSocket استعمال کرتی ہیں، کیونکہ پروٹوکول مستقل HTTP polling کے مقابلے میں کم توانائی خرچ کرتا ہے۔

WebSocket کوڈ مثالیں

آئیے Node.js کا استعمال کرتے ہوئے ws لائبریری (JavaScript کے لیے WebSocket کا سب سے مقبول نفاذ) کے ساتھ ایک سرور سائڈ مثال دیکھتے ہیں۔ سرور کنکشن قبول کرتا ہے، پیغامات پر کارروائی کرتا ہے اور انہیں تمام منسلک کلائنٹس کو نشر کرتا ہے۔

const WebSocket = require('ws')
const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 })

wss.on('connection', (ws) => {
    console.log('نیا کلائنٹ منسلک ہو گیا')

    ws.on('message', (data) => {
        console.log('موصول ہوا:', data.toString())
        ws.send('سرور نے آپ کا پیغام وصول کر لیا')
    })

    ws.on('close', () => {
        console.log('کلائنٹ منقطع ہو گیا')
    })
})

console.log('WebSocket سرور پورٹ 8080 پر شروع ہو گیا')

سرور پورٹ 8080 پر WebSocket.Server کی ایک مثال بناتا ہے اور کنکشن کا انتظار کرتا ہے۔ ہر نئے کلائنٹ کو ایک علیحدہ ws آبجیکٹ تفویض کیا جاتا ہے جس کے ذریعے سرور انفرادی پیغامات بھیج سکتا ہے۔ تمام کلائنٹس کو پیغامات کی نشریات کنکشنز کی صف کو دہرا کر لاگو کی جاتی ہیں۔ کلائنٹس کی بڑی تعداد (1000 سے زیادہ) کے ساتھ، کلسٹرنگ سپورٹ والی لائبریریاں استعمال کرنے کی سفارش کی جاتی ہے، جیسے Socket.IO، جو Redis پر مبنی اسکیلنگ اور خودکار دوبارہ کنکشن شامل کرتی ہیں۔

تمام کلائنٹس کو پیغام بھیجنا

wss.clients.forEach((client) => {
    if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {
        client.send('تمام شرکاء کے لیے پیغام')
    }
})

بھیجنے سے پہلے readyState چیک کرنا لازمی ہے: اگر کلائنٹ پہلے ہی منقطع ہو چکا ہے تو send کو کال کرنے سے خرابی پیدا ہوگی۔ WebSocket.OPEN پرچم اس بات کی ضمانت دیتا ہے کہ کنکشن فعال ہے اور پیغام پہنچایا جائے گا۔

iOS موبائل ایپلیکیشنز کے لیے، WebSocket URLSessionWebSocketTask کے ذریعے لاگو کیا جاتا ہے، جو iOS 13 سے دستیاب ہے۔ سیشن wss:// پروٹوکول URL کے ساتھ ایک ٹاسک بناتا ہے، جس کے بعد send اور receive طریقے کال کیے جاتے ہیں۔ پیغام وصول کرنے کو مسلسل receive ریکرژن کے ذریعے منظم کیا جا سکتا ہے، جو پچھلے پیغام پر کارروائی کرنے کے بعد اگلے پیغام کا انتظار کرتا ہے، بغیر دوبارہ کنکشن کے مسلسل ڈیٹا وصولی کو یقینی بناتا ہے۔ Android کے لیے، OkHttp WebSocket استعمال کیا جاتا ہے، جو onOpen، onMessage، onClosing اور onClosed کال بیکس کے ساتھ ساتھ کنکشن ٹوٹنے پر خودکار دوبارہ کنکشن فراہم کرتا ہے۔

موبائل ایپلیکیشنز میں WebSocket کے ساتھ کام کرتے وقت، لائف سائیکل مینجمنٹ پر غور کرنا ضروری ہے: جب ایپ بیک گراؤنڈ میں جاتی ہے تو سسٹم کنکشن ختم کر سکتا ہے۔ iOS پر، sceneDidBecomeActive ڈیلیگیٹ کے ذریعے فارگراؤنڈ میں واپسی پر کنکشن دوبارہ قائم کیا جانا چاہیے۔ Android پر، کنکشن برقرار رکھنے کے لیے Lifecycle-aware اجزاء یا Service استعمال کرنی چاہیے۔ مزید برآں، دوبارہ کنکشن کے لیے ایکسپونینشل بیک آف (کوششوں کے درمیان وقفہ 1 سے 30 سیکنڈ تک بڑھانا) لاگو کرنے کی سفارش کی جاتی ہے تاکہ عارضی نیٹ ورک مسائل کے دوران سرور پر ضرورت سے زیادہ بوجھ پیدا نہ ہو۔