在线文档 - 为什么需要 OT 算法

张驰Terry

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发布于: 2021 年 04 月 18 日

在线文档实时协同编辑的难点，主要在于协同冲突处理。

一、冲突处理

冲突处理的解决方案

1.编辑锁

当有人在编辑某个文档时，系统会将这个文档锁定，避免其他人同时编辑。编辑锁的实现方式简单粗暴，但会直接影响用户体验。

2.diff-patch

基于 Git 等版本管理类似的思想，对内容进行差异对比、合并等操作，包括 GNU diff-patch、Myer’s diff-patch 等方案。diff-patch 可以对冲突进行自助合并，也可以在冲突出现时交给用户处理。

3.最终一致性实现

包括 Operational Transformation（OT）、 Conflict-free replicated data type(CRDT，称为无冲突可复制数据类型)。OT 算法是石墨文档，腾讯文档，飞书文档，Google Docs 中所采用的方案，Atom 编辑器使用的则是 CRDT。

OT 和 CRDT

OT 和 CRDT 两种方法的相似之处在于它们提供最终的一致性。不同之处在于他们的操作方式：

OT 通过更改操作来做到这一点
OT 会对编辑进行操作的拆分、转换，实现冲突处理的效果
OT 并不包括具体的实现，因此需要项目自行实现，但可以根据项目需要进行高精度的冲突处理
CRDT 通过更改状态来做到这一点
基本上，CRDT 是数据结构，当使用相同的操作集进行更新时，即使这些操作以不同的顺序应用，它们始终会收敛在相同的表示形式上
CRDT 有两种方法：基于操作和基于状态

OT 主要用于文本，通常很复杂且不可扩展。CRDT 实现很简单，但 Google、Microsoft、腾讯文档、石墨文档和许多其他公司依赖 OT 是有原因的，CRDT 研究的当前状态支持在两种主要类型的数据上进行协作：纯文本、任意 JSON 结构。

对于富文本编辑等更高级的结构，OT 用复杂性换来了对用户预期的实现，而 CRDT 则更加关注数据结构，随着数据结构的复杂度上升，算法的时间和空间复杂度也会呈指数上升的，会带来性能上的挑战。因此，如今大多数实时协同编辑都基于 OT 算法来实现。

举个栗子

假如 A 用户看到一段初始文本，内容是 “abc”，然后 A 想第 3 个位置后面，插入"d" => "abcd"假如 B 用户看到一段初始文本，内容是 “abc”, 然后 B 想在第 3 个位置后面插入"e" => "abce"

不做锁处理或者丢处理，那我们就保留最大内容(A，B 先后执行)，应该是 "abcde", 如何按实际执行结果来看：

如果各自操作，没有 OT 算法的处理，那么 A 看到的内容就会是 "abced"（A 在第 3 个位置后面，然后 B 想在第 3 个位置后面插入"e" => "abce"），对于 B 用户而言，他实际上得到了一个顺序执行，就是 B 想在第 3 个位置后面插入"e" => "abce ", 然后 A 想第 3 个位置后面插入"d"，最后得到的就是 "abcde"， B 的结果刚好复合，这个时候 B 是对的，A 就是错的，所以 A 最终看到的不应该是原始的 B 操作，而是转化后的 B' 操作，他应该得到 "B 想在第 4 个位置后插入 e"，因此，我们要引入一个 OT 算法，最终结果：

文本内容 = A 内容 x B' = A 内容 x follow(A,B) = merge(A,B) = B 内容 x A' = B x follow(B,A)

Follow 函数的第一个参数代表第一个执行的操作，第二个参数代表后执行的操作

Merge 代表合并后的最大可用集合

二、关于服务器设计

服务器中维护了一系列历史的修改版本，例如 r1,r2,r3,…r100,…r110

假如某个客户端提交的变化 C,是基于 R100 的，这时候，我们需要不停的产生变化 newC = follow(R101,C) , 然后 newC = follow(R102,newC)，不断执行，最后要得到针对 r110 这个版本的 newC 变化，推送到各个客户端

ot.js的核心实现

// Call this method whenever you receive an operation from a client.  Server.prototype.receiveOperation = function (revision, operation) {    if (revision < 0 || this.operations.length < revision) {      throw new Error("operation revision not in history");    }    // Find all operations that the client didn't know of when it sent the// operation ...[0,1,2,3,4,5]// 1,operstion => [2,3,4,5]var concurrentOperations = this.operations.slice(revision);// ... and transform the operation against all these operations ...var transform = operation.constructor.transform;for (var i = 0; i < concurrentOperations.length; i++) {// operation ,  [2,3,4,5][index]      operation = transform(operation, concurrentOperations[i])[0];    }    // ... and apply that on the document.this.document = operation.apply(this.document);// Store operation in history.this.operations.push(operation);// It's the caller's responsibility to send the operation to all connected// clients and an acknowledgement to the creator.return operation;  };

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