本地優先 (local-first) 的軟體設計

當談到開發一個新的系統或應用，在二十一世紀的今天，多數人第一直覺應該會想到透過雲端 (cloud) 來建置。然而，與雲端相對的本地端 (local)，在最近幾年重新流行一個趨勢 -- 本地端優先 (local first)。舉例來說，在 2024 年起，國外的社群也首次舉辦 Local-First Conf，聚集這主題相關的學術研究人員、業界資深工程師，一同來分享深入的洞見。

事實上，如同多數的軟體設計概念，本地優先 (local-first) 並不是什麼新的概念，因為在雲端還沒出現前，軟體開發基本上都是本地為主，所以自然也是本地優先。

然而，因為現代的多數服務，都是部署在雲端，甚至目前的網頁應用 (web app) 多半是不支援本地。然而雲端有雲端的問題，這進而讓業界回過頭來思考，有沒有整合本地與雲端的新模式，而本地優先就是在這個脈絡中出現的。

什麼是本地優先 (local-first) 設計?

在談本地優先前，先讓我們聊聊純雲端的問題。如果雲端伺服器掛掉，那會導致整個應用程式無法運行。在過去不乏有大型雲端公司出現事故，導致全球各地非常多應用程式都沒辦法運作的狀況。

多年前，圖靈獎得主 Leslie Lamport 曾用一句很精闢的話總結這個狀況，他說「 A distributed system is one in which the failure of a computer you didn't even know existed can render your own computer unusable」。

意即，在分散式系統，很可能有某台你甚至不知道存在的電腦發生故障，導致你在用的電腦無法使用系統。就像 AWS 掛掉代表某台在遠端的、你根本不知道是哪台的機器出問題，結果導致你沒辦法用依賴 AWS 的某個服務。

從上面的例子可以看到，完全依賴雲端是有風險的。畢竟當別的機器故障，導致使用者的手上的軟體不能用，這對使用者來說，某種程度上相當於失去對軟體使用的掌握。

在了解純雲端的問題後，讓我們回過頭看本地優先。提出本地優先的 Martin Kleppmann 等人是這樣描述本地優先，他們說本地優先的軟體可以完全在本地運行，即使沒有網路連線也沒問題；同時，在多人協作的狀況下，能夠確保軟體的安全性、隱私性，以及長期的持久性。

基於這個定義，本地優先的軟體對，就不會有上述雲端軟體發生的問題，本地優先意味著即使其他台機器掛掉，也不該影響你使用某個你正在用的軟體。甚至更進一步說，如果原本的開發者決定關閉服務 (例如關掉 AWS 帳號)，在本地優先的設計下，正在用該軟體的使用者，也仍可以繼續在本地使用。

本地優先，不代表只有本地

但這邊也要特別釐清，本地優先不只侷限於本地 (not local-only)，在上面的定義中有提到「多人協作」，換句話說，本地優先仍會是會連網，只是在與雲端連接的同時，是以本地為優先。

前面提到，在早些年，基本上絕多數的應用程式都是只有本地，但這會在協作上有所限制。舉例來說，早些年的微軟 Words，需要本地編輯完後，檔案存下來輸出，然後用 USB 帶到另一台電腦才能繼續編輯，而不是像現在的雲端版 Words，能夠直接多人同時線上編輯。

當選擇本地優先，意味著能在純雲端以及純本地中，取得兩邊的好處。

OT 與 CRDT

當談到本地優先，或是離線版本，甚至是即時多人共編的系統，OT 與 CRDT 這兩種方式，是目前社群中最常被談到的。先前 Notion 推出離線版時，Notion 的執行長就發文表示他們用了 CRDT。

具體來說，OT 是指 Operational Transformation，業界中用 OT 比較有名的例子是 Google Doc。

Operation (簡稱 O) 是指任何的操作，例如對於文件新增一個字、刪減一個字，這些都是操作。而 Transformation (T) 是指轉換，這是指接收不同的狀態 (例如 ExplainThis 與 ExplainThat 是來自兩個不同客戶端的修改，可以理解成不同狀態)，然後計算出一個新的狀態，然後再同步給所有客戶端，讓所有的客戶端最終可以有一致的內容。

而 CRDT 則是 Conflict-free Replicated Data Type，意即無衝突複製資料型態的資料結構。

如何理解 CRDT 呢? 我們先看複製資料 (Replicated Data)，這代表這個資料結構會在分散式的系統中的不同台機器，複製資料結構。而被複製的副本，可以獨立並行更新，不用在副本之間做協調，所以被稱為無衝突 (Conflict-free)。

只要符合上述定義，且有在數學上能夠達到最終一致性的資料結構，都算是 CRDT，在這個 GitHub 開源專案中，有列下一系列不同的 CRDT 資料結構(詳細可見此連結)。CRDT 在設計上會確保能達到最終一致性 (eventual consistency)，假如沒有任何的狀態更新，最終不同裝置所看到的內容會是相同的。

了解更深入

關於本地優先的內容，我們在 E+ 中寫了一個更深入的版本，包含

具體實踐本地優先設計的例子
對 CRDT 更深入的討論
本地優先的對開發者的影響

如果有興趣閱讀，歡迎加入 E+，詳細介紹可以點此連結。