PWA＋WebSocket＋WebAssembly の効果

[shuji-bonji]

PWA＋WebSocket＋WebAssembly 構成設計とコード例

1. システム全体構成図（概要）

flowchart TD
    A[PWA クライアント] -->|WebSocket 接続| B[WebSocket サーバー]
    subgraph PWA内部
        C[WebAssembly モジュール] --> D[データ解析・変換]
        E[物理演算・音声処理]
        D --> F["UI 更新 (Canvas / Web Components)"]
        E --> F
    end
    A --> C
    B --> A

Loading

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2. 使用技術スタック

機能	技術
通信	WebSocket (binary)
計算・変換処理	WebAssembly (Rust/ C++ でビルド)
UI	Web Components, Canvas, SVG
オフライン対応	PWA (Service Worker)
バイナリデータ最適化	FlatBuffers, Protobuf (Wasmでデコード)

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3. 具体的ユースケース例

オンラインゲーム：リアルタイム物理演算・位置同期

• 位置情報や操作入力を WebSocket でサーバーと同期
• 受信したバイナリデータを WebAssembly モジュールで高速解析
• クライアント側で物理演算処理を WebAssembly で実行し、滑らかな描画を実現

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4. フロントエンド（PWA）構成例

4.1. WebSocket接続コード（TypeScript）

// WebSocket バイナリ接続
const socket = new WebSocket('wss://example.com/ws');
socket.binaryType = 'arraybuffer';

// データ受信時の処理
socket.onmessage = async (event) => {
    const data = new Uint8Array(event.data);
    const result = await wasmModule.processData(data);
    updateUI(result);
};

// 送信サンプル
function sendPlayerPosition(x: number, y: number) {
    const buffer = new ArrayBuffer(8);
    const view = new DataView(buffer);
    view.setFloat32(0, x);
    view.setFloat32(4, y);
    socket.send(buffer);
}

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4.2. WebAssembly (Rust 例)

// Cargo.toml に wasm-bindgen を追加
use wasm_bindgen::prelude::*;

#[wasm_bindgen]
pub fn process_data(input: &[u8]) -> JsValue {
    // 受信バイナリを解析
    let x = f32::from_le_bytes([input[0], input[1], input[2], input[3]]);
    let y = f32::from_le_bytes([input[4], input[5], input[6], input[7]]);

    // 例: 簡単な物理計算（慣性処理など）
    let new_x = x + 1.0;
    let new_y = y + 1.0;

    // JavaScript に返す形式に変換
    JsValue::from_serde(&(new_x, new_y)).unwrap()
}

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4.3. サービスワーカー登録 (PWA基本構成)

if ('serviceWorker' in navigator) {
    navigator.serviceWorker.register('/service-worker.js').then(() => {
        console.log('Service Worker registered!');
    });
}

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5. 導入効果まとめ

項目	WebAssemblyなし	WebAssemblyあり
バイナリデータデコード速度	低速	高速 (10倍以上)
物理演算・音声処理パフォーマンス	実用困難	ネイティブ並み
帯域最適化 (バイナリ通信)	難しい	効率的
レンダリング滑らかさ	コマ落ちしやすい	安定したFPS

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6. 補足

• WebAssembly は 計算負荷の高い部分のみ を置き換えると効果的。
• 通信自体（WebSocket レイテンシ）は WebAssembly では改善できないが、受信後処理の高速化で結果的に体感遅延が減少する。
• FlatBuffers などのバイナリプロトコルと組み合わせると、さらに最適。

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7. 関連リンク

• [WebAssembly 公式サイト](https://webassembly.org/)
• [wasm-bindgen](https://github.com/rustwasm/wasm-bindgen)
• [MDN: WebSocket API](https://developer.mozilla.org/ja/docs/Web/API/WebSockets_API)