[論文レビュー] Real Differences between OT and CRDT in Building Co-Editing Systems and Real World Applications

David Sun, Chengzheng Sun+2 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2019

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ひとこと要約

この論文は、リアルタイム共同編集システムにおける操作変換（OT）と、矛盾のないレプリケートデータ型（CRDT）を批判的に評価し、理論的には優位性を主張するCRDTであるものの、実際の産業界ではOTが優位に残っていることを明らかにしている。OTは正しさ、複雑さ、実世界での展開における実用的利点において優れている。著者たちは実世界の共同編集ツールを分析し、CRDTに関する神話に反論し、実際の現場ではCRDTの理論的利点よりもOTの熟成度と信頼性が優れていることを示している。

ABSTRACT

OT (Operational Transformation) was invented for supporting real-time co-editors in the late 1980s and has evolved to become a core technique used in today's working co-editors and adopted in major industrial products. CRDT (Commutative Replicated Data Type) for co-editors was first proposed around 2006, under the name of WOOT (WithOut Operational Transformation). Follow-up CRDT variations are commonly labeled as "post-OT" techniques and have made broad claims of superiority over OT solutions, in terms of correctness, time and space complexity, simplicity, etc. Over one decade later, however, OT remains the choice for building the vast majority of co-editors, whereas CRDT is rarely found in working co-editors. Why? To seek truth from facts, we set out to conduct a comprehensive and critical review of representative OT and CRDT solutions and working co-editors based on them. From this work, we have made important discoveries about OT and CRDT, and revealed facts and evidences that refute CRDT claims over OT on all accounts. We present our discoveries in three related and complementary articles. In prior two articles, we have revealed the similarities of OT and CRDT in following the same general transformation approach in co-editors, and their real differences in correctness and complexity. In this article, we examine the role of building working co-editors in shaping OT and CRDT research and solutions, and consequential differences in the choice between OT and CRDT in real world co-editors and industry products. In particular, we review the evolution of co-editors from research vehicles to real world applications, and discuss representative OT-based co-editors and alternative approaches in industry products and open source projects. Moreover, we evaluate CRDT-based co-editors in relation to published CRDT solutions, and clarify some myths surrounding "peer-to-peer" co-editing.

研究の動機と目的

• OTが、CRDTの広範な理論的主張にもかかわらず、実世界の共同編集システムでなぜ依然として支配的であるのかを調査すること。
• 実世界の応用における正しさ、複雑さ、実装可能性の観点から、OTとCRDTを批判的に比較すること。
• 研究プロトタイプから産業製品へと進化した共同編集システムの履歴を分析し、現実世界の制約が技術選定に与える影響を評価すること。
• CRDTベースの共同編集ツールの実際の性能と信頼性を、発表済みのCRDTソリューションおよび産業界の基準と比較して評価すること。
• 『ピアツーピア』共同編集に関する誤解を明確にし、CRDTが生産環境システムで実際に実現可能かどうかを明らかにすること。

提案手法

• 学術文献および実世界の実装から代表的なOTおよびCRDTソリューションを包括的に、事実に基づいてレビューすること。
• 主なOTベースの共同編集ツール（例：Google Docs、Microsoft Wordの共同編集機能）およびオープンソース・産業製品におけるCRDTベースのシステムの設計および展開パターンを分析すること。
• 実世界のユースケースにおけるOTとCRDTの正しさの保証、時間的・空間的計算量、実装の複雑さを比較すること。
• ネットワーク遅延、衝突解決、システム信頼性といった現実世界の制約が、OTがCRDTよりも優先される理由にどのように寄与しているかを検討すること。
• 理論的CRDT特性と実際の実装との間のギャップに注目し、特にピアツーピア環境や遅延に敏感な環境において顕著な差異が生じることを明らかにすること。
• 発表済みの補足論文および実世界の展開事例の証拠を用いて、正しさ、単純さ、効率性の観点でのCRDTの優位性に関する主張を反証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10年以上にわたるCRDTの進歩にもかかわらず、なぜOTが産業界の共同編集システムで支配的であるままなのか？
• RQ2 実世界のシステムにおいて、CRDTが正しさ、時間計算量、空間計算量の点でOTを実際にどれほど上回っているのか？
• RQ3 理論的利点があるにもかかわらず、実世界の共同編集アプリケーションでOTがCRDTを上回る実用的要因は何か？
• RQ4 実世界のCRDTベースの共同編集ツールは、理論的対応物と比較して、正しさと性能の点でどの程度の差があるのか？
• RQ5 学術文献および産業界で広く信じられている『ピアツーピア』共同編集およびCRDTに関する神話は何か？それらをどのように解消できるか？

主な発見

• OTは、実世界での展開における検証済みの正しさ、安定性、熟成度のため、産業界の共同編集システムで支配的である。
• CRDTの正しさや複雑さに関する理論的主張にもかかわらず、実世界システムからの実証的証拠は、OTが生産環境の制約下でも信頼性を持って動作することを示している。
• 理論的CRDT特性と実際の実装との間のギャップは、特にピアツーピア環境や遅延に敏感な環境で顕著な差異を示しており、顕著である。
• CRDTは生産環境の共同編集システムでほとんど使われていないが、技術的欠陥のためではなく、状態管理や衝突解決の実用的課題がOTに比べてよりうまく処理できるためである。
• この研究では、CRDTが本質的に非同期のピアツーピア共同編集を協調なしにサポートするとされる神話を解体し、実世界のシステムではしばしば中央集権的またはハイブリッドな協調が必要であることを示している。
• 本研究は、OTとCRDTが、従来の認識よりも実際の変換メカニズムにおいて類似していることを明らかにした。主な差異は、実世界の条件における実装の違いと、正しさの保証の有無に起因している。