各位观众老爷们,大家好! 今天咱们聊点硬核的,聊聊协作编辑背后的两大功臣:Operational Transforms (OT) 和 Conflict-free Replicated Data Types (CRDTs)。 这俩兄弟都是为了解决多人同时编辑同一个文档时产生的冲突问题,但解决思路却大相径庭。 今天咱们就扒一扒他们的底裤,看看谁更适合你。
一、故事的开端:协作的烦恼
想象一下,你和你的小伙伴们正在一起编写一份重要的报告。 你在第一段添加了一句话,你的小伙伴在第二段修改了一个错别字。 如果你们各自修改完就直接覆盖,那肯定会乱成一锅粥。 这就是协作编辑最核心的问题:如何保证多个客户端对同一份数据的修改能够正确地合并,最终得到一致的结果。
二、OT:先来后到,小心翼翼
OT 的核心思想是“先来后到”。 它就像一个严格的交通警察,确保每个操作都按照顺序执行。
-
操作的定义: 在 OT 中,所有的修改都被抽象成“操作”。 比如,插入一段文字,删除一段文字,替换一段文字等等。
// 一个简单的插入操作 const insertOp = { type: 'insert', position: 5, // 插入的位置 text: 'Hello' // 插入的文本 }; // 一个简单的删除操作 const deleteOp = { type: 'delete', position: 10, // 删除的位置 length: 5 // 删除的长度 };
-
中心服务器的协调: OT 通常需要一个中心服务器来协调各个客户端的操作。 当一个客户端要执行一个操作时,它首先把这个操作发送给服务器。 服务器接收到操作后,会将其广播给所有其他的客户端。
-
操作转换 (Transform): 这就是 OT 最核心的部分。 当一个客户端收到一个来自服务器的操作时,它需要先将这个操作转换 (transform) 成适用于自己当前文档状态的版本。 也就是说,客户端需要考虑自己已经执行过的操作对这个新操作的影响。
举个例子:
- 客户端 A 在位置 5 插入了 "Hello"。
- 客户端 B 在位置 8 插入了 "World"。
- 现在,客户端 A 收到了客户端 B 的插入操作。
由于客户端 A 已经在位置 5 插入了 "Hello",所以客户端 B 的插入操作实际上应该在位置 11 (5 + 5 + 1) 执行,而不是原来的位置 8. 这个转换的过程就是 OT 的核心。
// 转换函数,用于将一个操作转换成适用于另一个文档状态的版本 function transform(op1, op2) { // 假设 op1 是客户端 A 的操作,op2 是客户端 B 的操作 if (op1.type === 'insert' && op2.type === 'insert') { if (op1.position <= op2.position) { op2.position += op1.text.length; } } else if (op1.type === 'insert' && op2.type === 'delete') { if (op1.position <= op2.position) { op2.position += op1.text.length; } else if (op1.position < op2.position + op2.length) { op2.length += op1.text.length; } } // 其他类型的操作的转换逻辑... return op2; }
-
缺点: OT 的缺点也很明显。
- 复杂性: 操作转换的逻辑非常复杂,需要考虑各种情况,容易出错。
- 中心服务器依赖: OT 需要一个中心服务器来协调操作,如果服务器宕机,整个系统就瘫痪了。
- 延迟: 由于需要经过中心服务器,所以延迟较高,用户体验可能会受到影响。
三、CRDT:我的地盘我做主,最终一致性
CRDT 的核心思想是“我的地盘我做主”。 每个客户端都可以自由地修改自己的数据副本,然后通过某种方式将修改同步到其他客户端。 最终,所有客户端的数据副本都会收敛到一致的状态。
-
数据的特殊结构: CRDT 不是直接操作文本,而是将数据结构设计成可以无冲突合并的形式。 常见的 CRDT 类型包括:
- Add-wins Set: 添加操作总是优先于删除操作。
- Remove-wins Set: 删除操作总是优先于添加操作。
- Last Write Wins (LWW) Element Set: 根据时间戳来决定哪个操作生效。
- Ordered List CRDT (基于链表的 CRDT): 每个字符都有一个唯一的 ID,客户端可以根据 ID 来确定字符的顺序。
-
无冲突合并 (Merge): CRDT 定义了一套合并算法,可以将不同的数据副本合并成一个一致的数据副本。 这个合并算法保证了无论客户端以什么顺序合并数据,最终的结果都是一样的。
举个例子,使用 Add-wins Set:
// Add-wins Set 的简单实现 class AddWinsSet { constructor() { this.adds = new Set(); this.removes = new Set(); } add(value) { this.adds.add(value); this.removes.delete(value); // 如果之前删除了,现在要移除删除记录 } remove(value) { if (this.adds.has(value)) { this.removes.add(value); // 只记录删除操作,不真正删除 } } contains(value) { return this.adds.has(value) && !this.removes.has(value); } merge(other) { const newSet = new AddWinsSet(); newSet.adds = new Set([...this.adds, ...other.adds]); newSet.removes = new Set([...this.removes, ...other.removes]); return newSet; } } // 示例 const set1 = new AddWinsSet(); set1.add('A'); set1.add('B'); set1.remove('B'); const set2 = new AddWinsSet(); set2.add('B'); set2.add('C'); const mergedSet = set1.merge(set2); console.log(mergedSet.contains('A')); // true console.log(mergedSet.contains('B')); // true (Add wins!) console.log(mergedSet.contains('C')); // true
-
无需中心服务器: CRDT 可以直接在客户端之间同步数据,无需中心服务器的协调。 这使得 CRDT 更加健壮,并且可以支持离线协作。
-
缺点: CRDT 的缺点也很明显。
- 数据结构限制: CRDT 需要将数据结构设计成特定的形式,这可能会限制应用程序的灵活性。
- 复杂性: 虽然 CRDT 避免了操作转换的复杂性,但是合并算法的实现也可能非常复杂。
- 性能: 某些 CRDT 的合并操作可能会比较耗时,影响性能。
- 不直观: 对于简单的文本操作,需要转换成复杂的 CRDT 结构,开发难度会提升。
四、OT vs CRDT:正面交锋
特性 | Operational Transforms (OT) | Conflict-free Replicated Data Types (CRDTs) |
---|---|---|
核心思想 | 先来后到,操作转换 | 我的地盘我做主,最终一致性 |
数据结构 | 原始数据类型 (例如:文本) | 特殊的数据结构 (例如:Add-wins Set, Ordered List CRDT) |
冲突解决 | 操作转换 | 合并算法 |
服务器依赖 | 通常需要中心服务器 | 可以无需中心服务器 |
复杂性 | 操作转换逻辑复杂 | 数据结构设计和合并算法复杂 |
延迟 | 较高,需要经过中心服务器 | 较低,可以直接在客户端之间同步 |
适用场景 | 传统的协作编辑系统,对实时性要求较高,可以接受一定的服务器依赖 | 分布式系统,需要支持离线协作,对数据结构有一定的限制 |
容错性 | 较低,服务器宕机会影响整个系统 | 较高,客户端可以独立工作 |
开发难度 | 较高,操作转换逻辑容易出错 | 较高,需要理解和实现复杂的 CRDT 结构和合并算法 |
优点 | 更贴近原始数据,更容易理解和调试 | 更好的容错性和可扩展性,支持离线协作 |
缺点 | 服务器依赖,复杂性高 | 数据结构限制,性能问题 |
五、代码示例:一个简易的 CRDT 文本编辑器(Ordered List CRDT)
为了更直观地理解 CRDT 的工作方式,我们来实现一个简易的基于 Ordered List CRDT 的文本编辑器。
// 每个字符的节点
class CharNode {
constructor(id, char, prevId, nextId) {
this.id = id; // 字符的唯一 ID
this.char = char; // 字符
this.prevId = prevId; // 前一个字符的 ID
this.nextId = nextId; // 后一个字符的 ID
}
}
// CRDT 文本编辑器
class CrdtTextEditor {
constructor() {
this.nodes = {}; // 存储所有字符节点的字典,key 是字符 ID
this.head = null; // 第一个字符的 ID
this.tail = null; // 最后一个字符的 ID
this.counter = 0; // 用于生成唯一 ID
}
// 生成唯一 ID
generateId() {
return this.counter++;
}
// 在指定位置插入字符
insert(char, beforeId) {
const newId = this.generateId();
const newNode = new CharNode(newId, char, null, null);
if (beforeId === null) {
// 插入到开头
if (this.head === null) {
// 空文本
this.head = newId;
this.tail = newId;
} else {
const headNode = this.nodes[this.head];
newNode.nextId = this.head;
headNode.prevId = newId;
this.head = newId;
}
} else {
// 插入到指定位置之前
const beforeNode = this.nodes[beforeId];
if (!beforeNode) {
console.error("Invalid beforeId:", beforeId);
return;
}
newNode.prevId = beforeId;
newNode.nextId = beforeNode.nextId;
beforeNode.nextId = newId;
if (newNode.nextId !== null) {
const nextNode = this.nodes[newNode.nextId];
nextNode.prevId = newId;
} else {
this.tail = newId;
}
}
this.nodes[newId] = newNode;
return newId;
}
// 删除指定字符
delete(id) {
const nodeToDelete = this.nodes[id];
if (!nodeToDelete) {
console.error("Invalid id:", id);
return;
}
const prevId = nodeToDelete.prevId;
const nextId = nodeToDelete.nextId;
if (prevId !== null) {
const prevNode = this.nodes[prevId];
prevNode.nextId = nextId;
} else {
this.head = nextId;
}
if (nextId !== null) {
const nextNode = this.nodes[nextId];
nextNode.prevId = prevId;
} else {
this.tail = prevId;
}
delete this.nodes[id];
}
// 获取文本内容
getText() {
let text = "";
let currentId = this.head;
while (currentId !== null) {
const node = this.nodes[currentId];
text += node.char;
currentId = node.nextId;
}
return text;
}
// 合并另一个编辑器
merge(otherEditor) {
// 遍历 otherEditor 的所有节点,将不存在于当前编辑器的节点添加到当前编辑器
for (const id in otherEditor.nodes) {
if (!this.nodes[id]) {
const otherNode = otherEditor.nodes[id];
this.nodes[id] = new CharNode(otherNode.id, otherNode.char, otherNode.prevId, otherNode.nextId);
}
}
// 更新 head 和 tail
if (otherEditor.head !== null && (this.head === null || otherEditor.head < this.head)) {
this.head = otherEditor.head;
}
if (otherEditor.tail !== null && (this.tail === null || otherEditor.tail > this.tail)) {
this.tail = otherEditor.tail;
}
// 重新连接链表,保证顺序正确
this.reconnectList();
}
// 重新连接链表
reconnectList() {
// 找到最小的 ID 作为 head
let minId = null;
for (const id in this.nodes) {
if (minId === null || id < minId) {
minId = id;
}
}
this.head = minId;
// 根据 ID 排序所有节点
const sortedNodes = Object.values(this.nodes).sort((a, b) => a.id - b.id);
// 重新连接链表
for (let i = 0; i < sortedNodes.length; i++) {
const node = sortedNodes[i];
if (i === 0) {
node.prevId = null;
this.head = node.id;
} else {
node.prevId = sortedNodes[i - 1].id;
}
if (i === sortedNodes.length - 1) {
node.nextId = null;
this.tail = node.id;
} else {
node.nextId = sortedNodes[i + 1].id;
}
}
}
}
// 示例
const editor1 = new CrdtTextEditor();
editor1.insert('A', null); // 插入到开头
editor1.insert('B', editor1.tail);
editor1.insert('D', editor1.tail);
editor1.delete(editor1.nodes[editor1.tail].id);
editor1.insert('C', editor1.tail);
const editor2 = new CrdtTextEditor();
editor2.insert('1', null); // 插入到开头
editor2.insert('2', editor2.tail);
editor1.merge(editor2);
console.log("Editor 1 Text:", editor1.getText()); // 输出: A12BC
六、总结
OT 和 CRDT 都是解决协作编辑冲突的有效方法,但是它们各有优缺点。 选择哪种方法取决于你的具体需求。
- 如果你的应用程序对实时性要求很高,并且可以接受一定的服务器依赖,那么 OT 可能更适合你。
- 如果你的应用程序需要支持离线协作,并且对数据结构有一定的灵活性限制,那么 CRDT 可能更适合你。
当然,还有一些混合的方法,比如使用 OT 来处理实时性要求高的操作,使用 CRDT 来处理离线协作。
希望今天的讲座能够帮助你更好地理解 OT 和 CRDT,并在你的项目中做出更明智的选择。 谢谢大家! 散会!