충돌 없는 복제 데이터 유형(CRDT)은 분산 시스템에서 원활한 협업과 데이터 동기화를 가능하게 하여 충돌 없이 협업 업데이트를 가능하게 하는 데이터 구조 클래스입니다. CRDT는 여러 데이터 복제본에서 최종 일관성을 달성하도록 설계되어 업데이트가 독립적으로 발생하더라도 복잡한 충돌 해결 메커니즘 없이도 모든 복제본이 동일한 상태로 수렴됩니다.

이 블로그 게시물에서는 JavaScript와 강력한 Yjs 라이브러리에 중점을 두고 CRDT가 무엇인지 자세히 알아보고, CRDT의 용도와 유형을 살펴보고, 작동 방식을 이해하고, 구현 방법을 알아봅니다.

CRDT 사용 사례

CRDT는 실시간 공동 작업과 오프라인 지원이 중요한 시나리오에서 특히 유용합니다.

1. 공동 텍스트 편집기: Google Docs, Notion 및 Etherpad는 실시간 편집을 위해 CRDT와 유사한 구조를 사용합니다.
2. 협업 디자인 도구: 인기 있는 웹 기반 디자인 도구인 Figma는 CRDT를 사용하여 디자인 프로젝트에서 실시간 협업을 가능하게 합니다. 여러 디자이너가 동일한 파일에서 동시에 작업할 수 있으며 모든 사용자가 변경 사항을 원활하게 동기화할 수 있습니다.
3. 분산 데이터베이스: RxDB와 Riak은 충돌 없는 복제를 위해 CRDT를 사용합니다.
4. 멀티플레이어 게임: 플레이어 간에 일관된 게임 상태를 유지합니다.

CRDT 유형

CRDT에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.

1. 상태 기반 CRDT: 이는 데이터 구조의 전체 상태를 복제합니다. 병합은 서로 다른 복제본의 상태를 비교하고 조정하여 수행됩니다.
2. 작업 기반 CRDT: 이는 데이터 구조에서 수행되는 작업을 복제합니다. 병합은 교환 방식으로 다른 복제본의 작업을 적용하여 수행됩니다.

CRDT 작동 방식

CRDT(충돌 없는 복제 데이터 유형)는 업데이트가 동시에 이루어지거나 네트워크 파티션이 발생하는 경우에도 데이터의 모든 복제본에서 최종 일관성을 보장하는 원칙에 따라 작동합니다. 메커니즘을 더 자세히 살펴보겠습니다.

주요 속성

1. 교환성: 이 속성은 작업 순서가 최종 결과에 영향을 미치지 않도록 보장합니다. 예를 들어 카운터 CRDT에서 2만큼 증가한 다음 3만큼 증가하면 3만큼 증가한 다음 2만큼 증가하는 것과 동일한 결과가 생성됩니다.
2. 연관성: 이는 작업 그룹화가 중요하지 않음을 의미합니다. 다시 카운터 예를 사용하면 (1 2) 3은 1 (2 3)과 같습니다.
3. 멱등성: 동일한 작업을 여러 번 적용하면 한 번 적용한 것과 동일한 효과가 있습니다. 이는 분산 시스템에서 중복 메시지를 처리하는 데 중요합니다.

갈등 해결

CRDT는 설계에 따라 자동으로 충돌을 해결합니다.

• 상태 기반 CRDT(CvRDT)의 경우 이는 두 복제본의 상태를 결합하는 병합 기능을 통해 달성됩니다. 이 병합 함수는 교환성, 결합성, 멱등성이어야 합니다.
• 작업 기반 CRDT(CmRDT)의 경우 작업은 교환 가능하도록 설계되어 어떤 순서로든 적용하면 동일한 최종 상태가 발생합니다.

논리적 시계

많은 CRDT 구현에서는 논리적 시계(예: 버전 벡터 또는 점으로 구분된 버전 벡터)를 사용하여 작업의 인과 기록을 추적합니다. 이는 동시 작업의 순서를 결정하고 복제본이 이미 본 업데이트를 식별하는 데 도움이 됩니다.

Yjs와 함께 JavaScript에서 CRDT 사용

CRDT를 처음부터 구현하는 것은 복잡할 수 있습니다. 그러나 프로세스를 단순화하는 라이브러리가 있습니다. JavaScript의 경우 가장 인기 있는 CRDT 라이브러리 중 하나는 Yjs입니다. 다양한 데이터 유형을 지원하는 고성능 CRDT 구현입니다. Yjs를 사용하여 메모리에서 동일한 문서에 대해 작업하는 여러 사용자를 시뮬레이션하는 간단한 할 일 목록 애플리케이션을 만들어 보겠습니다.

다음은 Yjs를 사용하여 공유 할 일 목록을 구현하는 방법에 대한 예입니다.

생성된 ydoc을 사용해 보겠습니다.

이 예에서는 두 개의 Yjs 문서(ydoc1 및 ydoc2)를 생성하여 동일한 할 일 목록에서 작업하는 두 명의 사용자를 시뮬레이션합니다. 각 문서에는 할 일에 대한 자체 공유 맵이 있습니다.

할 일을 추가, 업데이트, 삭제하는 함수와 두 문서 간의 상태를 수동으로 동기화하는 syncDocs 함수를 정의합니다. 이는 클라이언트 간에 업데이트가 교환되는 네트워크 환경에서 어떤 일이 발생하는지 시뮬레이션합니다.

결론

CRDT는 온라인과 오프라인에서 원활하게 작동할 수 있는 협업 분산 애플리케이션을 구축하기 위한 강력한 솔루션을 제공합니다. 기본 개념은 복잡할 수 있지만 Yjs와 같은 라이브러리를 사용하면 개발자가 애플리케이션에서 CRDT의 기능을 더 쉽게 활용할 수 있습니다. 분산 시스템이 더욱 널리 보급됨에 따라 CRDT를 이해하고 활용하는 것은 개발자에게 점점 더 귀중한 기술이 될 것입니다.

유용한 링크

1. Yjs
2. CRDT
3. Tiptap - 협업 텍스트 편집기