Phase 2: 実装技術
ローカル開発環境でWebSocketプロトコルの詳細を学習し、フレーム構造・サブプロトコルの実装を理解する
推奨学習時間
20-23時間
🎯 学習目標
- ✓ WebSocketフレーム構造とバイナリプロトコルを詳細に理解する
- ✓ GraphQL-WS、MQTT over WebSocketなどのサブプロトコルを実装できる
- ✓ Docker環境でのWebSocketサーバー構築・管理ができる
- ✓ プロトコルレベルでのデバッグとトラブルシューティングができる
- ✓ WebSocketの拡張機能とカスタムプロトコルを設計できる
📋 前提知識
- • Phase 1の完了（WebSocket基礎知識）
- • Node.js/npm の基本操作
- • Docker/Docker Compose の基本理解
- • バイナリデータとフレーミングの概念
- • GraphQL や MQTT の基礎知識
学習セクション
3つのセクションで段階的にWebSocketの実装技術を習得します
1
データ通信実装
6-7時間
WebSocketデータ通信の実装詳細とSvelteストア連携を学習
WebSocketとSvelteストアの連携
2時間Svelteの反応性とWebSocketを統合したストア設計パターン
📚 学習内容
- • Svelte 5 Runes での WebSocket ストア設計
- • リアクティブな接続状態管理
- • メッセージ履歴とキューイング
- • エラーハンドリングとリトライ機能
💻 演習
- ▸ 基本的なWebSocketストアの実装
- ▸ 接続状態の可視化コンポーネント作成
- ▸ メッセージログ表示機能の実装
メッセージ送受信とタイプセーフティ
2時間TypeScriptを活用したタイプセーフなメッセージハンドリング
📚 学習内容
- • メッセージ型定義とバリデーション
- • シリアライゼーション/デシリアライゼーション
- • バイナリデータとテキストデータの処理
- • メッセージルーティングパターン
💻 演習
- ▸ 型安全なメッセージインターフェース設計
- ▸ JSONスキーマバリデーション実装
- ▸ バイナリメッセージのエンコード/デコード
エラーハンドリングと品質保証
2-3時間堅牢なWebSocketアプリケーションのためのエラー処理
📚 学習内容
- • 接続エラーの分類と対処法
- • 自動再接続アルゴリズム
- • メッセージ送信失敗時のリトライ
- • 品質監視とアラート機能
💻 演習
- ▸ 指数バックオフ再接続の実装
- ▸ メッセージ送信キューとフェイルセーフ
- ▸ 接続品質メトリクス収集
2
フレーム・プロトコル実装
8-9時間
WebSocketフレーム構造とサブプロトコルの詳細実装
WebSocketフレーム構造の詳細解析
2時間RFC 6455フレーム仕様の完全理解とバイナリ解析
📚 学習内容
- • フレームヘッダーの構造（FIN, RSV, Opcode, MASK, Payload length）
- • ペイロードデータとマスキング
- • 制御フレーム（Ping, Pong, Close）
- • フレーム分割と再構築
💻 演習
- ▸ フレームパーサーの実装
- ▸ バイナリフレーム可視化ツール作成
- ▸ 制御フレームハンドリング実装
バイナリデータとストリーミング
2時間バイナリメッセージの効率的な処理とストリーミング実装
📚 学習内容
- • ArrayBuffer と TypedArray の活用
- • ストリーミングデータの分割処理
- • 圧縮（deflate-frame）の実装
- • 大容量データの転送最適化
💻 演習
- ▸ バイナリチャット実装
- ▸ ファイル転送機能の作成
- ▸ ストリーミングオーディオの実装
サブプロトコルとネゴシエーション
2時間WebSocketサブプロトコルの設計と実装パターン
📚 学習内容
- • Sec-WebSocket-Protocol ヘッダー
- • プロトコルネゴシエーション
- • カスタムサブプロトコルの設計
- • プロトコルバージョニング
💻 演習
- ▸ 独自サブプロトコルの設計・実装
- ▸ プロトコル互換性テスト
- ▸ マルチプロトコル対応サーバー構築
GraphQL-WS プロトコル実装
1時間GraphQL Subscriptions over WebSocket の実装
📚 学習内容
- • graphql-ws サブプロトコル仕様
- • Connection Init/Ack フロー
- • Subscription 管理とライフサイクル
- • GraphQL クエリの動的実行
💻 演習
- ▸ GraphQL-WS クライアント実装
- ▸ リアルタイムクエリ実行
- ▸ Subscription 管理ダッシュボード
MQTT over WebSocket 実装
1時間IoT向けMQTTプロトコルのWebSocket実装
📚 学習内容
- • MQTT over WebSocket 仕様
- • Publish/Subscribe パターン
- • QoS レベルと信頼性保証
- • IoT デバイス連携
💻 演習
- ▸ MQTT ブローカー接続実装
- ▸ デバイスデータ可視化
- ▸ IoT シミュレーション環境構築
3
高度なトピックス
6-7時間
セキュリティ、PWA統合、スケーラビリティなどの実用的なトピック
WebSocketセキュリティ実装
2-3時間認証・認可・暗号化などのセキュリティ対策実装
📚 学習内容
- • JWT トークン認証の実装
- • Origin 検証とCSRF対策
- • レート制限とDDoS対策
- • TLS/SSL 設定とセキュリティヘッダー
💻 演習
- ▸ 認証付きWebSocketサーバー構築
- ▸ セキュリティ攻撃のシミュレーション
- ▸ セキュリティ監査とペネトレーションテスト
PWAとの統合実装
2時間Progressive Web Appでのオフライン対応とService Worker連携
📚 学習内容
- • Service Worker でのWebSocket管理
- • オフライン時のメッセージキューイング
- • バックグラウンド同期
- • Push Notification 連携
💻 演習
- ▸ オフライン対応チャットアプリ
- ▸ Service Worker メッセージングハブ
- ▸ PWA WebSocket 統合ライブラリ
スケーラビリティと負荷分散
2時間大規模WebSocketアプリケーションの設計と実装
📚 学習内容
- • Redis を使った水平スケーリング
- • ロードバランサーでの WebSocket 対応
- • クラスタリングと状態共有
- • パフォーマンス監視と最適化
💻 演習
- ▸ Redis Pub/Sub 実装
- ▸ マルチインスタンス負荷分散
- ▸ スケーラビリティテストとベンチマーク
🐳 開発環境セットアップ
必要な環境
- • Docker & Docker Compose
- • Node.js 18+ & npm
- • Git
- • VSCode（推奨）
クイックスタート
cd ../websocket-practical-guide-apps
docker-compose up -d