نرم افزارهای چت چگونه کار می‌کنند؟ + روش توسعه

نرم‌افزارهای چت امروزه به بخش مهمی از ارتباطات دیجیتالی تبدیل شده‌اند. از پیام‌رسان‌های محبوب مانند واتساپ و تلگرام گرفته تا نرم‌افزارهای سازمانی مانند اسلک، همه این ابزارها دارای زیرساخت‌هایی برای ارسال و دریافت پیام در بصورت لحظه ای (real-time) هستند. در این مقاله، به بررسی اینکه نرم افزارهای چت چگونه کار می‌کنند؟ و روش توسعه با استفاده از Node.js و Socket.io  می‌پردازیم.

نرم افزارهای چت چگونه کار می‌کنند؟

معماری نرم‌افزارهای چت

اکثر نرم‌افزارهای چت از معماری کلاینت – سرور استفاده می‌کنند، این معماری به این نحو عمل می‌کند که تمام بخش های مربوط به نمایش و منطق و عملکرد ظاهری در بخش Client صورت می‌گیرد و در نهایت به سرور اصلی متصل می‌شود . سرور نیز مسئولیت احراز هویت و ارتباط بین کلاینت ها را بر عهده می‌گیرد ، بخش هایی مانند ذخیره پیام ، اعتبار سنجی ، ذخیره فایل ها ، ارتباط با هوش مصنوعی و تمامی موارد از این قبیل در سرور صورت می‌گیرد. این معماری شامل بخش‌های زیر است:

• کلاینت (Client): برنامه‌ای که کاربر از آن برای ارسال و دریافت پیام‌ها استفاده می‌کند (موبایل، وب یا دسکتاپ).
• سرور (Server): پردازش و مدیریت پیام‌ها را برعهده دارد و ارتباط بین کلاینت‌ها را برقرار می‌کند.
• پایگاه داده (Database): ذخیره پیام‌ها، کاربران و تنظیمات.

پروتکل‌های ارتباطی در نرم‌افزارهای چت

احتمالاً در رابطه با پروتکل HTTP شنیده باشید. این پروتکل به این صورت عمل می‌کند که یک سرور شنونده است و هر کلاینت که به آن نیاز داشته باشد، درخواست خود را ارسال می‌کند و سرور با توجه به درخواست کلاینت جواب مناسبی به آن می‌دهد. اما در این حالت اگر سرور نیاز به ارتباط با کلاینت ها داشته باشد (برای بروزرسانی داده های کاربران مثلاً زمانی که یک پیام جدید به سمت سرور ارسال شده است و سرور قصد دارد آن را به کاربران مدنظر ارسال کند)، نمی‌تواند به راحتی این کار را انجام دهد، چراکه کلاینت ها معمولا دارای شنوده با این نوع پروتکل نیستند.

برای حل این مشکل پروتکل های دیگری وجود دارند که در همین جهت فعالیت می‌کنند، به این صورت که ارتباط کلاینت و سرور با پاسخ داده به کلاینت قطع نمی‌شود و در لحظه، هر کدام (کلاینت و سرور) قادر به ارسال درخواست خود هستند.

چندین روش برای تبادل داده در نرم‌افزارهای چت استفاده می‌شود که انتخاب بین آنها تماماً بستی که نوع نیاز شما از نرم افزار بستگی دارد برای مثال اگر قصد دارید نرم افزار توسعه یافته را برای مدیریت اینترنت اشیا (IOT) استفاده کنید ، MQTT می‌تواند گزینه خیلی مناسب تری نسبت به موارد دیگر باشد.

• HTTP/HTTPS: مناسب برای ارسال پیام‌های آفلاین یا درخواست‌های API برای دریافت تنظیمات، اطلاعات پایه ای که نیاز به ارتباط لحظه ای و بلادرنگ ندارند.
• WebSockets: برای ارتباط دوطرفه و درلحظه بین کلاینت و سرور .
• MQTT: پروتکلی سبک برای ارتباطات مبتنی بر پیام‌رسانی.
• XMPP: استانداردی برای پیام‌رسانی فوری و چت.

مقایسه XMPP با WebSockets و  MQTT

مدیریت پیام‌ها

مدیریت پیام‌ها شامل موارد زیر است:

• ارسال و دریافت پیام: پیام‌های جدید از طریق سرور به کاربر هدف ارسال می‌شوند.
• ذخیره‌سازی پیام‌ها: پیام‌ها در پایگاه داده ذخیره می‌شوند تا در آینده قابل بازیابی ، ویرایش و… باشند.
• رمزنگاری پیام‌ها: امنیت داده‌ها با استفاده از رمزنگاری End-to-End (E2E) یاTLS  تامین می‌شود.

روش توسعه یک نرم‌افزار چت با Node.js

تیم سوبلز توسعه نرم افزار چت را با استفاده از Nodejs پیشنهاد می‌کند، اما چرا Node.js ؟

Node.js یکی از بهترین گزینه‌ها برای توسعه‌ی نرم‌افزارهای چت و پیام‌رسان است، زیرا از مدل غیرهمزمان (Asynchronous) و رویدادمحور (Event-Driven) پشتیبانی می‌کند که هر دو مورد در یک نرم افزار چت مناسب است. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که چت سریع، بهینه و مقیاس‌پذیر باشد.

Node.js از مدل رویدادمحور و غیرمسدودکننده (Non-blocking I/O) استفاده می‌کند که به آن اجازه می‌دهد:

• هزاران اتصال همزمان را با استفاده از یک تِرِد (Thread) واحد مدیریت کند.
• درخواست‌های جدید را بدون انتظار برای تکمیل درخواست‌های قبلی پردازش کند.

مثال: در یک سرور چت، اگر یک کاربر پیامی ارسال کند، سرور می‌تواند بلافاصله آن را پردازش کرده و به دیگران ارسال کند، بدون اینکه نیاز باشد منتظر پاسخ دیتابیس بماند.

راه‌اندازی پروژه Node.js

ابتدا یک پروژه Node.js  راه‌اندازی می‌کنیم:

mkdir chat-app && cd chat-app

npm init -y

نصب کتابخانه‌های مورد نیاز

برای توسعه چت در زمان واقعی، از Express.js  وSocket.io  استفاده می‌کنیم:

npm install express socket.io

ایجاد سرور چت با WebSockets

فایلserver.js  را ایجاد کنید و کد زیر را اضافه کنید:

import express from 'express';
import http from 'http';
import socketIo from 'socket.io';

const app = express();
const server = http.createServer(app);
const io = socketIo(server);

io.on('connection', (socket) => {
    console.log("New user connected.");

    socket.on('sendMessage', (message) => {
        io.emit('receiveMessage', message); // ارسال پیام به تمام کاربران متصل شده
    });

    socket.on('disconnect', () => {
        console.log('User disconnected');
    });
});

server.listen(3000, () => {
    console.log(“server is running on port 3000”);
});

ایجاد کلاینت ساده با HTML و JavaScript

یک فایلindex.html  ایجاد کنید:

<!DOCTYPE html>
<html lang="fa">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>چت ساده</title>
    <script src="https://cdn.socket.io/4.0.1/socket.io.min.js"></script>
</head>
<body>
    <input id="messageInput" type="text" placeholder="پیام خود را بنویسید...">
    <button onclick="sendMessage()">ارسال</button>
    <ul id="messages"></ul>

    <script>
        const socket = io('http://localhost:3000');

        function sendMessage() {
            const message = document.getElementById('messageInput').value;
            socket.emit('sendMessage', message);
        }

        socket.on('receiveMessage', (message) => {
            const li = document.createElement('li');
            li.textContent = message;
            document.getElementById('messages').appendChild(li);
        });
    </script>
</body>
</html>

اجرای سرور

برای اجرای برنامه، دستور زیر را اجرا کنید:

node server.js

سپس فایلindex.html  را در مرورگر باز کنید و پیام‌ها را بین چند کلاینت تست کنید.

بهبودهای پیشرفته

برای توسعه نرم‌افزار چت حرفه‌ای، می‌توان قابلیت‌های زیر را اضافه کرد:

• احراز هویت کاربران با JWT یا  OAuth.
• ذخیره پیام‌ها در پایگاه داده (MongoDB یا PostgreSQL).
• ارسال تصاویر و فایل‌ها با استفاده از Cloud Storage.
• رمزنگاری پیام‌ها برای امنیت بیشتر.
• ساخت گروه‌های چت و تماس‌های صوتی/تصویری.

استفاده از پایگاه داده

برای ساخت یک نرم‌افزار چت، انتخاب دیتابیس مناسب بستگی به ویژگی‌هایی دارد که می‌خواهید در برنامه‌تان پیاده‌سازی کنید. برخی از مهم‌ترین مواردی که باید در نظر بگیرید شامل مقیاس‌پذیری، سرعت دسترسی به داده‌ها، قابلیت همگام‌سازی و مدیریت همزمانی است.

نتیجه‌گیری

نرم‌افزارهای چت بر اساس معماری کلاینت-سرور کار می‌کنند و برای ارتباط در زمان واقعی از WebSockets یا پروتکل‌های دیگر استفاده می‌کنند. در این مقاله، یک نمونه چت ساده با استفاده از Node.js و Socket.io توسعه دادیم. و به مقایسه پایگاه های داده برای استفاده از آن در نرم افزار پرداختیم ، با اضافه کردن قابلیت‌های پیشرفته، می‌توان این پروژه بسیار ساده را به یک پیام‌رسان حرفه‌ای تبدیل کرد.