面试题：网络编程之WebSocket在多人协同编辑中的基本原理

Question

请简要阐述WebSocket在多人协同编辑场景下，是如何实现实时数据同步的？描述一下其基本的工作流程和关键机制。

Answer 1

基本工作流程

1. 连接建立：
   • 每个参与协同编辑的客户端通过WebSocket协议向服务器发起连接请求。例如，在JavaScript中可以使用new WebSocket('ws://server-url')来创建WebSocket连接。
   • 服务器接受连接请求，完成握手过程，建立起双向通信通道。
2. 数据发送：
   • 当某个客户端对文档进行编辑操作时，它会将编辑操作（如插入文本、删除字符等）按照一定的格式（如JSON格式）封装成消息。例如，对于插入文本操作，可以封装为{"type":"insert","text":"新插入的文本","position":10}。
   • 然后通过WebSocket将该消息发送给服务器。
3. 数据接收与广播：
   • 服务器接收到某个客户端发送的编辑消息后，并不会直接处理编辑内容，而是将这个消息广播给其他所有已连接的客户端。
   • 广播方式可以通过维护一个已连接客户端的列表，遍历列表并向每个客户端发送消息来实现。
4. 数据应用：
   • 其他客户端接收到服务器广播的编辑消息后，按照消息的格式解析出具体的编辑操作。
   • 然后在本地的文档副本上应用这个编辑操作，从而实现所有客户端之间文档内容的实时同步。

关键机制

1. 操作转换（OT，Operational Transformation）：
   • 在多人同时编辑的情况下，可能会出现并发操作。例如，客户端A在文档第10个字符处插入文本，同时客户端B在第12个字符处插入文本。如果不进行处理，直接应用操作可能会导致不一致。
   • OT机制通过对并发操作进行转换，确保所有客户端以相同的顺序应用操作，最终得到一致的文档状态。它会根据操作的类型、位置等信息，对操作进行调整。例如，将客户端B的插入操作位置根据客户端A的操作进行调整，以保证在不同客户端上应用操作后文档状态一致。
2. 版本控制：
   • 为了准确跟踪文档的状态变化，每个客户端和服务器都维护一个文档版本号。
   • 每次客户端进行编辑操作并发送消息给服务器时，会携带当前文档的版本号。服务器在广播消息时也会包含版本号信息。
   • 客户端接收到消息后，会检查版本号是否与本地版本号匹配。如果匹配，说明操作顺序正确，可以应用操作并更新版本号；如果不匹配，可能需要根据版本号和OT机制对操作进行调整后再应用。
3. 状态同步：
   • 在初始连接时，服务器可能会向新连接的客户端发送当前文档的完整状态，使新客户端能够快速与其他客户端保持一致。
   • 此外，在某些异常情况下（如网络中断后重新连接），客户端也可以向服务器请求当前文档状态，服务器再次发送完整或部分状态信息，帮助客户端恢复到最新状态，实现数据同步。