无冲突复制数据类型 (CRDT) 是一类数据结构，可在分布式系统中实现无缝协作和数据同步，从而实现无冲突的协作更新。 CRDT 旨在实现跨多个数据副本的最终一致性，确保即使更新独立发生，所有副本也能收敛到相同状态，而不需要复杂的冲突解决机制。

在这篇博文中，我们将深入研究 CRDT 是什么，探索它们的用途和类型，了解它们的工作原理，并学习如何实现它们，重点关注 JavaScript 和强大的 Yjs 库。

CRDT 的用例

CRDT 在实时协作和离线支持至关重要的场景中特别有用：

1. 协作文本编辑器：Google Docs、Notion 和 Etherpad 使用类似 CRDT 的结构进行实时编辑。
2. 协作设计工具：Figma 是一种流行的基于 Web 的设计工具，它使用 CRDT 来实现设计项目的实时协作。多个设计人员可以同时处理同一个文件，所有用户之间的更改可以无缝同步。
3. 分布式数据库：RxDB 和 Riak 使用 CRDT 进行无冲突复制。
4. 多人游戏：用于保持玩家之间一致的游戏状态。

CRDT 的类型

CRDT 主要有两种类型：

1. 基于状态的 CRDT：它们复制数据结构的整个状态。合并是通过比较和协调不同副本的状态来完成的。
2. 基于操作的 CRDT：它们复制对数据结构执行的操作。合并是通过以交换方式应用来自不同副本的操作来完成的。

CRDT 的工作原理

CRDT（无冲突复制数据类型）的运行原理可确保所有数据副本的最终一致性，即使是同时进行更新或发生网络分区时也是如此。让我们更深入地研究一下机制：

主要特性

1. 交换性：该属性确保运算顺序不会影响最终结果。例如，在计数器 CRDT 中，先递增 2，然后再递增 3，与先递增 3，然后再递增 2 产生的结果相同。
2. 关联性：这意味着操作的分组并不重要。再次使用计数器示例，(1 2) 3 与 1 (2 3) 相同。
3. 幂等性：多次应用相同的操作与应用一次效果相同。这对于处理分布式系统中的重复消息至关重要。

冲突解决

CRDT 通过设计自动解决冲突：

• 对于基于状态的 CRDT (CvRDT)，这是通过组合两个副本的状态的合并函数来实现的。此合并函数必须是可交换的、关联的和幂等的。
• 对于基于操作的 CRDT (CmRDT)，操作被设计为可交换的，确保以任何顺序应用它们都会导致相同的最终状态。

逻辑时钟

许多 CRDT 实现使用逻辑时钟（例如版本向量或点分版本向量）来跟踪操作的因果历史。这有助于确定并发操作的顺序以及确定副本已经看到哪些更新。

在 JavaScript 中使用 CRDT 和 Yjs

从头开始实施 CRDT 可能很复杂。但是，有一些库可以简化该过程。对于 JavaScript，最流行的 CRDT 库之一是 Yjs。它是一个高性能的CRDT实现，支持各种数据类型。让我们使用 Yjs 创建一个简单的待办事项列表应用程序，模拟多个用户处理内存中的同一文档。

下面是如何使用 Yjs 实现共享待办事项列表的示例：

让我们使用创建的 ydocs ：

在此示例中，我们创建两个 Yjs 文档（ydoc1 和 ydoc2）来模拟两个用户处理同一待办事项列表。每个文档都有自己的待办事项共享地图。

我们定义了添加、更新和删除待办事项的函数，以及用于手动同步两个文档之间的状态的syncDocs函数。这模拟了在客户端之间交换更新的网络环境中会发生的情况。

结论

CRDT 为构建可在线和离线无缝工作的协作分布式应用程序提供了强大的解决方案。虽然底层概念可能很复杂，但像 Yjs 这样的库使开发人员可以更轻松地在其应用程序中利用 CRDT 的强大功能。随着分布式系统变得越来越普遍，理解和利用 CRDT 将成为开发人员越来越有价值的技能。

有用的链接

1. Yjs
2. CRDT
3. Tiptap - 协作文本编辑器