Тема: Исследование возможностей использования технологии Conflict-free Replicated Data Types (CRDT) в разработке горизонтально масштабированных веб-приложений

Актуальности темы исследования: С каждым годом Интернет все больше проникает в различные сферы экономики [8]. Для существования на современном рынке практически каждой организации необходимо создавать и поддерживать веб-приложения. Поскольку разработка и поддержка вебприложений представляет собой непростую задачу, в настоящий момент для ее упрощения было выработано несколько подходов и конкретных программных продуктов (фреймворки, конструкторы приложений и т. д.). Тем не менее, появляются новые требования пользователей к отказоустойчивости и синхронизации данных — возникает необходимость разрабатывать веб-приложения с поддержкой распределенного хранения данных с оперативной синхронизацией. К реализации подобной синхронизации можно подойти по-разному, с использованием различных алгоритмов балансировки нагрузки и репликации (например, использование балансировщиков нагрузки, использование распределенных СУБД типа master-master или синхронной репликацией). Однако, построение корректных и производительных распределенных систем хранения данных является одной из сложнейших задач прикладной информатики. В связи с этим наиболее актуальной является задача использования новейших теоретических достижений в разработке и поддержке веб-приложений на практике.
Научная проблема: констрадикция научной проблемы проявляется в том, что современные рыночные условия требуют отказоустойчивых вебприложений с динамической синхронизацией состояния между сессиями, что требует распределенного хранения данных. При этом проектирование и поддержка распределенной системы хранения данных является сложной задачей, требующей значительных ресурсов и поэтому часто является недоступной для малых организаций. В то же время, существуют новые подходы к синхронизации данных, которые могут обеспечивать математически доказанную корректность синхронизации а также потенциально более высокую производительность и простоту разработки и поддержки. Одним из перспективных семейств алгоритмов являются алгоритмы CRDT. Однако, несмотря на их перспективность в настоящее время алгоритмы CRDT слабо внедрены в практическую разработку типичных веб-приложений.
Финитизация данной научной проблемы заключается в радикальном упрощении разработки и поддержки широкого спектра типичных вебприложений, используемых в различных сферах экономики; удешевлении процессов поддержки веб-приложения и повышении производительности веб-приложений.
Цель исследования: разработать подходы к практическому внедрению алгоритмов CRDT в современные веб-приложения, оценить корректность и производительность полученной реализации по сравнению с альтернативными реализациями и существующими решениями в области хранения данных.
Область исследования: архитектура веб-приложений, алгоритмы синхронизации данных, распределенные системы хранения данных.
Гипотеза: процесс разработки и поддержки современных вебприложений будет значительно упрощён и удешевлён если будут решены следующие задачи:
- Проанализированы актуальные подходы и программные решения для распределенного хранения и синхронизации данных.
- Изучены текущее использование алгоритмов CRDT в различных видах веб-приложений.
- Разработаны стратегии внедрения CRDT в распространённые типы веб-приложений.
- Разработана Proof-of-Concept реализация CRDT
- оценена производительность, скорость внедрения и корректность полученной реализации по сравнению с альтернативными решениями.
Задачи исследования:
Проанализировать текущее состояние предметной области.
Разработать подходы к внедрению алгоритмов CRDT в различные типы веб-приложений (включая типичные веб-приложения для малого и среднего бизнеса).
Проанализировать свойства практической реализации алгоритмов CRDT по сравнению с альтернативными решениями.
Практическая значимость: Упрощение и удешевление разработки отказоустойчивых распределенных веб-приложений для широкого круга организаций (включая малый и средний бизнес) в соответствии с требованиями пользователей и контрагентов. Упрощение и удешевление эксплуатации полученных веб-приложений с распределенным хранением данных.
Купить

Даже с учётом ограничений алгоритмы CRDT обладают большим потенциалом для внедрения в некоторые подвиды веб-приложений, в особенности в веб-приложения интернет-магазинов для решения задачи синхронизации пользовательской корзины товаров горизонтально масштабированного веб-приложения.
Кроме того, при успешном внедрении алгоритмов CRDT можно ожидать улучшение производительности по сравнению с альтернативными вариантами решения проблемы распределенной синхронизации данных.
Основные выводы отражены в таблице 25. В рамках исследования была проанализирована проблема распределенной синхронизации данных в современных горизонтально масштабированных веб-приложениях. Существующие подходы к решению данной проблемы обладают серьёзными недостатками. Для решения проблемы и борьбы с недостатками существующих решений хорошо
подходит использование алгоритмов CRDT. Однако стоит учитывать, что при использовании алгоритмов CRDT в общем случае не обеспечивается строгая согласованность данных, как в классических реляционных СУБД. Поэтому алгоритмы CRDT применимы лишь в отдельном подмножестве вебприложений, в которых нестрогая согласованность данных является приемлемой. Были разработаны подходы к определению таких вебприложений, а также классификация веб-приложений в зависимости от потенциала применения алгоритмов CRDT.
По результатам анализа, одной из самых подходящих сфер для использования алгоритмов CRDT в качестве решения проблемы распределенной синхронизации горизонтально масштабированных вебприложений является сфера электронной коммерции, а конкретно вебприложения интернет-магазинов. При проработке применения алгоритмов CRDT в задаче синхронизации пользовательской корзины товаров удалось спроектировать корректную реализацию корзины с использованием алгоритмов CRDT. Был предложен способ достичь автоматической синхронизации узлов распределенного кластера с помощью использования балансировщика нагрузки. Полученная реализация показывает хорошие результаты с точки зрения производительности по сравнению с альтернативными подходами, а также обладает рядом нефункциональный преимуществ.
Купить