Pengeditan Kolaboratif Real-Time Frontend: Kupas Tuntas Operational Transformation (OT)

Pengeditan kolaboratif real-time telah merevolusi cara tim bekerja, belajar, dan berkreasi bersama. Dari Google Docs hingga Figma, kemampuan bagi banyak pengguna untuk secara bersamaan mengedit dokumen atau desain bersama telah menjadi ekspektasi standar. Di jantung pengalaman yang mulus ini terdapat algoritma yang kuat bernama Operational Transformation (OT). Postingan blog ini memberikan eksplorasi komprehensif tentang OT, dengan fokus pada implementasinya dalam pengembangan frontend.

Apa itu Operational Transformation (OT)?

Bayangkan dua pengguna, Alice dan Bob, keduanya mengedit dokumen yang sama secara bersamaan. Alice menyisipkan kata "halo" di awal, sementara Bob menghapus kata pertama. Jika operasi ini diterapkan secara berurutan, tanpa koordinasi apa pun, hasilnya akan tidak konsisten. OT mengatasi masalah ini dengan mentransformasi operasi berdasarkan operasi yang telah dieksekusi. Intinya, OT menyediakan mekanisme untuk memastikan bahwa operasi yang berjalan bersamaan diterapkan secara konsisten dan dapat diprediksi di semua klien.

OT adalah bidang yang kompleks dengan berbagai algoritma dan pendekatan. Postingan ini berfokus pada contoh yang disederhanakan untuk mengilustrasikan konsep inti. Implementasi yang lebih canggih menangani format teks yang lebih kaya dan skenario yang lebih kompleks.

Mengapa Menggunakan Operational Transformation?

Meskipun pendekatan lain, seperti Conflict-free Replicated Data Types (CRDTs), ada untuk pengeditan kolaboratif, OT menawarkan keunggulan spesifik:

• Teknologi yang Matang: OT telah ada lebih lama daripada CRDT dan telah teruji di berbagai aplikasi.
• Kontrol yang Halus: OT memungkinkan kontrol yang lebih besar atas penerapan operasi, yang dapat bermanfaat dalam skenario tertentu.
• Riwayat Berurutan: OT mempertahankan riwayat operasi yang berurutan, yang dapat berguna untuk fitur seperti urung/ulangi (undo/redo).

Konsep Inti Operational Transformation

Memahami konsep-konsep berikut sangat penting untuk mengimplementasikan OT:

1. Operasi (Operations)

Sebuah operasi mewakili satu tindakan pengeditan yang dilakukan oleh pengguna. Operasi umum meliputi:

• Insert: Menyisipkan teks pada posisi tertentu.
• Delete: Menghapus teks pada posisi tertentu.
• Retain: Melewati sejumlah karakter tertentu. Ini digunakan untuk memindahkan kursor tanpa mengubah teks.

Sebagai contoh, menyisipkan "halo" pada posisi 0 dapat direpresentasikan sebagai operasi `Insert` dengan `position: 0` dan `text: "halo"`.

2. Fungsi Transformasi

Inti dari OT terletak pada fungsi transformasinya. Fungsi-fungsi ini mendefinisikan bagaimana dua operasi yang berjalan bersamaan harus ditransformasikan untuk menjaga konsistensi. Ada dua fungsi transformasi utama:

• `transform(op1, op2)`: Mentransformasikan `op1` terhadap `op2`. Ini berarti `op1` disesuaikan untuk memperhitungkan perubahan yang dibuat oleh `op2`. Fungsi ini mengembalikan versi baru `op1` yang telah ditransformasikan.
• `transform(op2, op1)`: Mentransformasikan `op2` terhadap `op1`. Ini mengembalikan versi `op2` yang telah ditransformasikan. Meskipun signature fungsinya identik, implementasinya mungkin berbeda untuk memastikan algoritma memenuhi properti OT.

Fungsi-fungsi ini biasanya diimplementasikan menggunakan struktur seperti matriks, di mana setiap sel mendefinisikan bagaimana dua jenis operasi spesifik harus ditransformasikan satu sama lain.

3. Konteks Operasional

Konteks operasional mencakup semua informasi yang diperlukan untuk menerapkan operasi dengan benar, seperti:

• Status Dokumen: Status dokumen saat ini.
• Riwayat Operasi: Urutan operasi yang telah diterapkan pada dokumen.
• Nomor Versi: Mekanisme untuk melacak urutan operasi.

Contoh Sederhana: Mentransformasikan Operasi Insert

Mari kita pertimbangkan contoh sederhana dengan hanya operasi `Insert`. Asumsikan kita memiliki skenario berikut:

• Status Awal: "" (string kosong)
• Alice: Menyisipkan "hello" di posisi 0. Operasi: `insert_A = { type: 'insert', position: 0, text: 'hello' }`
• Bob: Menyisipkan "world" di posisi 0. Operasi: `insert_B = { type: 'insert', position: 0, text: 'world' }`

Tanpa OT, jika operasi Alice diterapkan terlebih dahulu, diikuti oleh operasi Bob, teks yang dihasilkan adalah "worldhello". Ini tidak benar. Kita perlu mentransformasikan operasi Bob untuk memperhitungkan penyisipan Alice.

Fungsi transformasi `transform(insert_B, insert_A)` akan menyesuaikan posisi Bob untuk memperhitungkan panjang teks yang disisipkan oleh Alice. Dalam kasus ini, operasi yang ditransformasikan akan menjadi:

`insert_B_transformed = { type: 'insert', position: 5, text: 'world' }`

Sekarang, jika operasi Alice dan operasi Bob yang telah ditransformasikan diterapkan, teks yang dihasilkan adalah "helloworld", yang merupakan hasil yang benar.

Implementasi Operational Transformation di Frontend

Mengimplementasikan OT di frontend melibatkan beberapa langkah kunci:

1. Representasi Operasi

Tentukan format yang jelas dan konsisten untuk merepresentasikan operasi. Format ini harus mencakup jenis operasi (insert, delete, retain), posisi, dan data relevan apa pun (misalnya, teks yang akan disisipkan atau dihapus). Contoh menggunakan objek JavaScript:

            
{
  type: 'insert', // atau 'delete', atau 'retain'
  position: 5,    // Indeks tempat operasi terjadi
  text: 'example' // Teks untuk disisipkan (untuk operasi insert)
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. Fungsi Transformasi

Implementasikan fungsi transformasi untuk semua jenis operasi yang didukung. Ini adalah bagian paling kompleks dari implementasi, karena memerlukan pertimbangan cermat dari semua skenario yang mungkin. Contoh (disederhanakan untuk operasi Insert/Delete):

            
function transform(op1, op2) {
  if (op1.type === 'insert' && op2.type === 'insert') {
    if (op1.position <= op2.position) {
      return { ...op1, position: op1.position }; // Tidak perlu perubahan
    } else {
      return { ...op1, position: op1.position + op2.text.length }; // Sesuaikan posisi
    }
  } else if (op1.type === 'delete' && op2.type === 'insert') {
    if (op1.position <= op2.position) {
      return { ...op1, position: op1.position }; // Tidak perlu perubahan
    } else {
      return { ...op1, position: op1.position + op2.text.length }; // Sesuaikan posisi
    }
  } else if (op1.type === 'insert' && op2.type === 'delete') {
    if (op1.position <= op2.position) {
      return { ...op1, position: op1.position }; // Tidak perlu perubahan
    } else if (op1.position >= op2.position + op2.text.length) {
      return { ...op1, position: op1.position - op2.text.length }; // Sesuaikan posisi
    } else {
      // Penyisipan terjadi dalam rentang yang dihapus, bisa dipisah atau dibuang tergantung pada kasus penggunaan
      return null; // Operasi tidak valid
    }
  } else if (op1.type === 'delete' && op2.type === 'delete') {
    if (op1.position <= op2.position) {
      return { ...op1, position: op1.position };
    } else if (op1.position >= op2.position + op2.text.length) {
      return { ...op1, position: op1.position - op2.text.length };
    } else {
      // Penghapusan terjadi dalam rentang yang dihapus, bisa dipisah atau dibuang tergantung pada kasus penggunaan
      return null; // Operasi tidak valid
    }
  } else {
    // Tangani operasi retain (tidak ditampilkan demi singkatnya)
    return op1;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Penting: Ini adalah fungsi transformasi yang sangat disederhanakan untuk tujuan demonstrasi. Implementasi yang siap produksi perlu menangani lebih banyak kasus dan kondisi tepi.

3. Komunikasi Klien-Server

Buat saluran komunikasi antara klien frontend dan server backend. WebSocket adalah pilihan umum untuk komunikasi real-time. Saluran ini akan digunakan untuk mengirimkan operasi antar klien.

4. Sinkronisasi Operasi

Implementasikan mekanisme untuk menyinkronkan operasi antar klien. Ini biasanya melibatkan server pusat yang bertindak sebagai mediator. Prosesnya umumnya berjalan sebagai berikut:

1. Klien menghasilkan sebuah operasi.
2. Klien mengirimkan operasi ke server.
3. Server mentransformasikan operasi terhadap operasi apa pun yang telah diterapkan pada dokumen tetapi belum diakui oleh klien.
4. Server menerapkan operasi yang telah ditransformasikan ke salinan lokal dokumennya.
5. Server menyiarkan operasi yang telah ditransformasikan ke semua klien lain.
6. Setiap klien mentransformasikan operasi yang diterima terhadap operasi apa pun yang telah dikirim ke server tetapi belum diakui.
7. Setiap klien menerapkan operasi yang telah ditransformasikan ke salinan lokal dokumennya.

5. Kontrol Versi

Pertahankan nomor versi untuk setiap operasi untuk memastikan bahwa operasi diterapkan dalam urutan yang benar. Ini membantu mencegah konflik dan memastikan konsistensi di semua klien.

6. Resolusi Konflik

Meskipun dengan upaya terbaik OT, konflik masih dapat terjadi, terutama dalam skenario yang kompleks. Terapkan strategi resolusi konflik untuk menangani situasi ini. Ini mungkin melibatkan kembali ke versi sebelumnya, menggabungkan perubahan yang bertentangan, atau meminta pengguna untuk menyelesaikan konflik secara manual.

Contoh Cuplikan Kode Frontend (Konseptual)

Ini adalah contoh yang disederhanakan menggunakan JavaScript dan WebSocket untuk mengilustrasikan konsep inti. Perhatikan bahwa ini bukan implementasi yang lengkap atau siap produksi.

            
// JavaScript sisi klien

const socket = new WebSocket('ws://example.com/ws');
let documentText = '';
let localOperations = []; // Operasi yang dikirim tetapi belum diakui
let serverVersion = 0;

socket.onmessage = (event) => {
  const operation = JSON.parse(event.data);
  // Transformasikan operasi yang diterima terhadap operasi lokal
  let transformedOperation = operation;
  localOperations.forEach(localOp => {
    transformedOperation = transform(transformedOperation, localOp);
  });

  // Terapkan operasi yang telah ditransformasikan
  if (transformedOperation) {
    documentText = applyOperation(documentText, transformedOperation);
    serverVersion++;
    updateUI(documentText); // Fungsi untuk memperbarui UI
  }
};

function sendOperation(operation) {
  localOperations.push(operation);
  socket.send(JSON.stringify(operation));
}

function handleUserInput(userInput) {
  const operation = createOperation(userInput, documentText.length); // Fungsi untuk membuat operasi dari input pengguna
  sendOperation(operation);
}

//Fungsi pembantu (contoh implementasi)
function applyOperation(text, op){
    if (op.type === 'insert') {
        return text.substring(0, op.position) + op.text + text.substring(op.position);
    } else if (op.type === 'delete') {
        return text.substring(0, op.position) + text.substring(op.position + op.text.length);
    }
    return text; //Untuk retain, kita tidak melakukan apa-apa
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tantangan dan Pertimbangan

Mengimplementasikan OT bisa menjadi tantangan karena kompleksitasnya yang melekat. Berikut adalah beberapa pertimbangan utama:

• Kompleksitas: Fungsi transformasi bisa menjadi sangat kompleks, terutama saat berurusan dengan format teks kaya dan operasi yang kompleks.
• Kinerja: Mentransformasikan dan menerapkan operasi dapat memakan banyak sumber daya komputasi, terutama dengan dokumen besar dan konkurensi tinggi. Optimisasi sangat penting.
• Penanganan Kesalahan: Penanganan kesalahan yang kuat sangat penting untuk mencegah kehilangan data dan memastikan konsistensi.
• Pengujian: Pengujian menyeluruh sangat penting untuk memastikan bahwa implementasi OT benar dan menangani semua skenario yang mungkin. Pertimbangkan untuk menggunakan pengujian berbasis properti.
• Keamanan: Amankan saluran komunikasi untuk mencegah akses dan modifikasi dokumen yang tidak sah.

Pendekatan Alternatif: CRDTs

Seperti yang disebutkan sebelumnya, Conflict-free Replicated Data Types (CRDTs) menawarkan pendekatan alternatif untuk pengeditan kolaboratif. CRDT adalah struktur data yang dirancang untuk dapat digabungkan tanpa memerlukan koordinasi apa pun. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk sistem terdistribusi di mana latensi jaringan dan keandalan dapat menjadi perhatian.

CRDTs memiliki serangkaian pertimbangan tersendiri. Meskipun mereka menghilangkan kebutuhan akan fungsi transformasi, mereka bisa lebih kompleks untuk diimplementasikan dan mungkin tidak cocok untuk semua jenis data.

Kesimpulan

Operational Transformation adalah algoritma yang kuat untuk memungkinkan pengeditan kolaboratif real-time di frontend. Meskipun bisa menantang untuk diimplementasikan, manfaat dari pengalaman mengedit yang lancar dan serentak sangat signifikan. Dengan memahami konsep inti OT dan mempertimbangkan tantangan dengan cermat, pengembang dapat membangun aplikasi kolaboratif yang kuat dan dapat diskalakan yang memberdayakan pengguna untuk bekerja sama secara efektif, terlepas dari lokasi atau zona waktu mereka. Baik Anda sedang membangun editor dokumen kolaboratif, alat desain, atau jenis aplikasi kolaboratif lainnya, OT menyediakan fondasi yang kokoh untuk menciptakan pengalaman pengguna yang benar-benar menarik dan produktif.

Ingatlah untuk mempertimbangkan dengan cermat persyaratan spesifik aplikasi Anda dan memilih algoritma yang sesuai (OT atau CRDT) berdasarkan kebutuhan Anda. Semoga berhasil membangun pengalaman pengeditan kolaboratif Anda sendiri!