WebSockets & Realtime Systems Programming · Lektion

Verteilte Zustandsverwaltung

Erkunden Sie, wie Sie externe Message Broker wie Redis Pub/Sub und Kafka verwenden, um den Zustand über mehrere WebSocket-Server hinweg zu synchronisieren.

Lektion 3 von 412 Schritte

Verteilte Zustandsverwaltung ist eine kostenlose WebSockets & Realtime Systems Programming-Lektion auf CoddyKit. Dies ist Lektion 3 von 4. Du kannst die komplette Lektion unten kostenlos lesen – dann übst du sie direkt im Browser mit einem integrierten Code-Editor und einem KI-Tutor rund um die Uhr. Sie ist Teil des WebSockets & Realtime Systems Programming-Lernpfads, und dein Fortschritt wird über Web und CoddyKit-App synchronisiert. Der WebSockets & Realtime Systems Programming-Kurs umfasst insgesamt 4 Lektionen.

Teile dieser Lektion wurden noch nicht übersetzt und werden auf Englisch angezeigt.

Scaling Challenges: Shared State

You've learned about scaling WebSocket applications by running multiple server instances behind a load balancer. But what happens when a client connects to Server A, and another client connected to Server B needs to send a message to the first client?

This is the challenge of distributed state management: how do your servers share information and coordinate?

Why Centralize State?

Imagine a chat application. If Client 1 is on Server A and Client 2 is on Server B, and Client 1 sends a message, how does Server A tell Server B to deliver it to Client 2?

Without a way for servers to communicate, messages or updates might only reach clients connected to the same server, breaking the real-time experience.

Introducing Message Brokers

To solve this, we use a message broker. Think of it as a central post office for your servers.

Servers send messages to the broker.
Other servers can then receive messages from the broker.

This allows all your WebSocket servers to communicate indirectly, without needing to know about each other's existence.

The Pub/Sub Pattern

Many message brokers use a Publisher-Subscriber (Pub/Sub) pattern. It works like this:

Publishers send messages to specific channels or topics.
Subscribers express interest in one or more channels and receive all messages published to them.

This pattern is perfect for broadcasting data across multiple server instances.

Redis Pub/Sub Example

Redis is a popular, open-source, in-memory data store that's often used as a message broker. Its Pub/Sub feature is fast and simple to use.

You can have multiple Node.js WebSocket servers, all connected to a single Redis instance, using it to exchange messages.

Redis Pub/Sub Basics

Let's say you have two WebSocket servers, Server A and Server B, both connected to Redis.

When Server A receives a message it needs to share, it publishes that message to a Redis channel (e.g., 'global_chat').
Server B has subscribed to 'global_chat', so it instantly receives the message from Redis.

Then, Server B can forward that message to its own connected clients.

Server Publishes to Redis

Here's a simplified Node.js example for a WebSocket server publishing messages to a Redis channel. We'll use the ws library for WebSockets and ioredis for Redis.

Make sure you have Redis running and ws and ioredis installed (`npm i ws ioredis`).

const WebSocket = require('ws');
const Redis = require('ioredis');

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });
const publisher = new Redis(); // Connects to localhost:6379

wss.on('connection', ws => {
  console.log('Client connected to Server 1');

  ws.on('message', message => {
    const msg = message.toString();
    console.log(`Server 1 received: ${msg}`);
    // Publish message to 'chat_messages' channel
    publisher.publish('chat_messages', msg);
    ws.send(`You said: ${msg}`); // Echo back to sender
  });
});

console.log('Server 1 listening on ws://localhost:8080');

Server Subscribes & Relays

Now, here's another Node.js WebSocket server (running on a different port) that subscribes to the same Redis channel. When it gets a message from Redis, it broadcasts it to its own connected clients.

You would run this in a separate terminal from server1.js.

const WebSocket = require('ws');
const Redis = require('ioredis');

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8081 });
const subscriber = new Redis(); // Connects to localhost:6379

// Subscribe to the 'chat_messages' channel
subscriber.subscribe('chat_messages', (err, count) => {
  if (err) console.error('Failed to subscribe:', err.message);
  else console.log(`Subscribed to ${count} channel(s)`);
});

// Handle messages received from Redis
subscriber.on('message', (channel, message) => {
  console.log(`Server 2 received from Redis [${channel}]: ${message}`);
  // Broadcast to all connected clients on Server 2
  wss.clients.forEach(client => {
    if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {
      client.send(`Global Chat: ${message}`);
    }
  });
});

wss.on('connection', ws => {
  console.log('Client connected to Server 2');
  ws.send('Welcome to Server 2!');
});

console.log('Server 2 listening on ws://localhost:8081');

Benefits for Scaling

Using a message broker like Redis Pub/Sub offers significant advantages for scaling WebSocket applications:

Decoupling: Servers don't need direct knowledge of each other. They only interact with the broker.
Horizontal Scalability: You can easily add more WebSocket servers as traffic grows, and they'll all connect to the same broker.
Global Broadcasts: Messages can be efficiently broadcast to all clients, regardless of which server they are connected to.

Beyond Broadcasts: Presence

Message brokers aren't just for broadcasting chat messages. They are vital for synchronizing other types of distributed state, like user presence.

For example, when a user logs in, their connected server can publish an 'online' status to a Redis channel. Other servers subscribe to this to keep their lists of online users updated.

Message Broker Check

Consider a scenario where you have multiple WebSocket servers, and a message sent to one server needs to reach a client connected to another server. Which pattern best addresses this?

Beantworte es in der interaktiven Lektion

Recap: Distributed State

We learned that scaling WebSocket applications requires managing distributed state. Message brokers like Redis, using the Pub/Sub pattern, are crucial for allowing multiple WebSocket servers to communicate and synchronize data, ensuring all clients receive relevant updates regardless of which server they're connected to.

This makes your application more resilient and scalable as you add more server instances.

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Häufig gestellte Fragen

Ist die Lektion „Verteilte Zustandsverwaltung“ kostenlos?

Ja — der vollständige Text von „Verteilte Zustandsverwaltung“ ist hier im Web kostenlos zu lesen. Um sie interaktiv zu üben (integrierter Code-Editor und 24/7 KI-Tutor) und den Rest des WebSockets & Realtime Systems Programming-Kurses freizuschalten, upgrade auf CoddyKit PRO. Der WebSockets & Realtime Systems Programming-Kurs umfasst insgesamt 4 Lektionen.

Was lerne ich in „Verteilte Zustandsverwaltung“?

Erkunden Sie, wie Sie externe Message Broker wie Redis Pub/Sub und Kafka verwenden, um den Zustand über mehrere WebSocket-Server hinweg zu synchronisieren. Du übst WebSockets & Realtime Systems Programming mit praktischem Code, den du direkt im Browser ausführst, und ein 24/7 KI-Tutor beantwortet deine Fragen während du die Lektion bearbeitest.

Brauche ich Erfahrung, um WebSockets & Realtime Systems Programming zu starten?

Keine Vorkenntnisse erforderlich. WebSockets & Realtime Systems Programming auf CoddyKit ist für Anfänger bis fortgeschrittene Lernende strukturiert, sodass du hier starten oder von Anfang an beginnen und in deinem eigenen Tempo voranschreiten kannst. Dies ist Lektion 3 von 4.

Wie lange dauert die Lektion „Verteilte Zustandsverwaltung“?

Die meisten CoddyKit-Lektionen dauern etwa 5–10 Minuten. Jede ist kompakt und interaktiv, sodass du stetig Fortschritte machst und genau dort weitermachst, wo du aufgehört hast – im Web und in der App.

Kann ich in dieser WebSockets & Realtime Systems Programming-Lektion Code schreiben und ausführen?

Ja. Jede WebSockets & Realtime Systems Programming-Lektion enthält einen integrierten Code-Editor, sodass du echten Code direkt in deinem Browser schreibst und ausführst und sofort KI-Feedback erhältst — ohne lokale Einrichtung erforderlich.

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