メッセージプッシュ戦略の概要：いつ、なぜ各手法を選ぶか

Posted at 2025-02-23

メッセージプッシュにはさまざまな実装方法があります。例えば、以下のようなものがあります：

短輪講（Short Polling）
長輪講（Long Polling）
WebSocket
サーバー送信イベント（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、どのような場合にどの方法を選択すべきかを説明し、多くの選択肢があっても迷わないようにします。

短輪講（Short Polling）

ネットワークリソース：短輪講では大量のネットワークリクエストが発生します。特にクライアントのポーリング間隔が短い場合、ネットワークの負荷が増大します。
サーバー処理：クライアントがリクエストを送信するたびに、サーバーはそれを処理し、応答を返す必要があります。たとえ新しいデータがなくても、リクエストを処理する必要があり、CPU やメモリの使用量が増加する可能性があります。
まとめ：データの更新頻度が低いにもかかわらず、クライアントが頻繁にリクエストを送信する場合、ほとんどのレスポンスが「新しいデータなし」となるため、リソースの無駄につながる可能性があります。

長輪講（Long Polling）

クライアントがサーバーにリクエストを送信し、サーバーが新しいデータを準備できるまで接続を保持します。データが準備でき次第、サーバーはクライアントにデータを送信し、クライアントはデータを処理した後、新しいリクエストを送信します。このサイクルを繰り返します。

長輪講は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムの通知や更新に使用されることが多く、例えばイベント通知などに適しています。

ネットワークリソース：短輪講に比べ、無駄なネットワークリクエストを減らすことができます。サーバーは新しいデータがある場合にのみレスポンスを返すため、ネットワークトラフィックが削減されます。
サーバー処理：長輪講では、クライアントのリクエストごとに接続を開いたままにするため、サーバーは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数の制限に達する可能性があります。
まとめ：長輪講は、一部の状況ではより効率的なリソース使用を実現できます。特に、データの更新頻度が低いが、クライアントに迅速に通知する必要がある場合に適しています。しかし、多数のクライアントが長輪講を使用すると、サーバーの負担が増加する可能性があります。

WebSocket

WebSocket は全二重通信（フルデュプレックス）を提供し、サーバーとクライアントが任意のタイミングでデータを送信できるようになります。リアルタイム性が高く、効率的なソリューションであり、リアルタイムチャットなどに適しています。

ネットワークリソース：WebSocket は接続確立時に一度だけハンドシェイクを行い、その後は単一の接続で双方向通信が可能です。各メッセージごとに新しいリクエスト・レスポンスを生成する必要がないため、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どちらかが明示的に閉じるまで接続が維持されます。そのため、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します。
まとめ：データが頻繁に更新され、リアルタイムでクライアントに届ける必要がある場合に WebSocket は非常に効果的です。持続的な接続の管理が必要ですが、ネットワークオーバーヘッドの削減により、全体的には効率的な方法となります。

サーバー送信イベント（Server-Sent Events, SSE）

サーバー送信イベント（SSE）は、サーバーがクライアントに新しいデータを送信できるようにするシンプルな方法です。WebSocket よりもシンプルですが、サーバーからクライアントへの一方向通信のみが可能です。通知やリマインダーなどに適しています。

ネットワークリソース：WebSocket と同様に、SSE も一度のハンドシェイクで持続的な接続を確立し、その後、サーバーからクライアントへ継続的にメッセージをプッシュできます。
サーバー処理：SSE では、持続的な接続を維持する必要がありますが、WebSocket と異なり、クライアントからサーバーへのメッセージ送信は不要です。そのため、サーバーはクライアントからのリクエストを処理する負荷が低減されます。
まとめ：SSE は、サーバーからクライアントにデータをプッシュする必要があるが、クライアントからの応答を必要としない場合に適した効率的な技術です。たとえば、リアルタイムの通知などに使用されます。

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、クライアントが要求する前に、関連するデータをサーバーから送信できます。これにより、遅延を削減できますが、一般的には CSS や JavaScript ファイルなどの関連リソースの送信に使用され、一般的なメッセージプッシュには適用されません。

用途：CSS や JavaScript ファイルなどのリソースを事前に送信し、ページの読み込み時間を短縮し、Web パフォーマンスを向上させます。
利点：ページの読み込み時間を短縮し、ユーザー体験を向上させることができます。
制限：一般的なメッセージプッシュには適さず、HTTP/2 プロトコルをサポートする必要があり、特定のサーバー設定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（publish/subscribe）モデルに基づいた軽量な通信プロトコルであり、対象のトピックを購読することでメッセージを取得できます。これは、IoT（Internet of Things）の標準通信プロトコルの一つです。

このプロトコルでは、メッセージの発行者（publisher）と購読者（subscriber）を分離することで、信頼性の低いネットワーク環境においても、遠隔デバイスへのメッセージ配信を確実に行うことができます。従来のメッセージキュー（MQ）と類似した利用方法です。

TCP プロトコルはトランスポート層に属し、MQTT プロトコルはアプリケーション層に属します。MQTT は TCP/IP プロトコル上に構築されており、TCP/IP スタックをサポートする環境であればどこでも使用可能です。

なぜ IoT には MQTT プロトコルが必要なのか？

MQTT は、なぜ IoT（モノのインターネット）環境で好まれるのでしょうか？HTTP などの他のプロトコルではなく、MQTT が選ばれる理由は以下の通りです。

HTTP は同期通信である
クライアントがリクエストを送信し、サーバーの応答を待つ必要があります。しかし、IoT 環境では、デバイスが通信環境に大きく依存します（帯域幅が低い、ネットワーク遅延が高い、通信が不安定など）。そのため、非同期メッセージングプロトコルである MQTT の方が適しています。
HTTP は一方向通信である
クライアントがデータを取得するには、明示的にサーバーへリクエストを送信しなければなりません。しかし、IoT 環境では、デバイスやセンサーがクライアントとして動作するため、それらがネットワークからのコマンドを受動的に受信することは難しいです。
ブロードキャストが容易ではない
HTTP では、一つのコマンドやメッセージをネットワーク上のすべてのデバイスに送信することは難しく、実現するとしても非常にコストがかかります。一方、MQTT はパブリッシュ/サブスクライブ方式により、簡単に一斉送信が可能です。

サードパーティプッシュサービス

Firebase Cloud Messaging（FCM）、Apple Push Notification Service（APNs）などのサードパーティのプッシュサービスを利用してメッセージを配信する方法もあります。

比較

WebSocket と Server-Sent Events（SSE）は、低遅延で高いリアルタイム性を提供できますが、サーバーのリソースをより多く消費する可能性があります。長輪講は遅延が大きく、効率的なソリューションではない場合があります。一方、HTTP/2 サーバープッシュやサードパーティのプッシュサービスは、高いリアルタイム性が求められないアプリケーションには適しています。メッセージキューやパブリッシュ/サブスクライブモデルは、サーバーとクライアントを疎結合にする方法を提供しますが、システムの複雑性を増す可能性があります。

実装方法を選択する際には、アプリケーションの要件（リアルタイム性、サーバーリソース、ネットワーク環境、開発・保守の難易度など）を考慮する必要があります。また、複数の方法を組み合わせることで、さまざまな要件に対応することも可能です。

クライアント数が多く、データ更新頻度が低い場合、長輪講は短輪講よりも効率的です。不要なネットワークリクエストを削減できるためです。
しかし、サーバーの同時接続数の制限やリソースの制約がある場合、大量の長輪講リクエストが発生すると、サーバーが不安定になる可能性があります。
データの更新頻度が非常に高い場合、短輪講の方がシンプルで適している場合もあります。
WebSocket は、リアルタイム通信を必要とするアプリケーションに適しており、ネットワークオーバーヘッドを削減しつつ、低遅延の双方向通信を提供します。
短輪講や長輪講は、持続的な接続が不要な場合や、WebSocket が利用できない、または適していない場合の代替手段となります。
WebSocket：双方向通信を提供し、リアルタイム双方向通信が求められるアプリケーション（例：オンラインチャット）に適しています。ただし、全二重通信のため、サーバーリソースの消費が大きくなる場合があります。
SSE：一方向通信のみを提供し、サーバーがクライアントにデータをプッシュする用途（例：株価更新）に適しています。WebSocket に比べ、軽量な通信方式です。
短輪講：頻繁なデータ更新がある場合、大量のネットワーク負荷が発生する可能性があります。
長輪講：不要なリクエストを減らせるものの、サーバー側で長時間オープン接続を維持する必要があり、大規模な同時接続がある場合に負担が増加します。