实现一个基于哈希的分布式实时协作编辑器（支持冲突解决和版本合并）

题目描述：设计一个基于哈希的分布式实时协作编辑器系统，允许多个用户同时编辑文档。系统需要解决编辑冲突，合并不同版本，并保持最终一致性。使用哈希算法进行版本标识和内容校验。

解题过程：

1. 问题分析

   • 多个用户同时编辑同一文档会产生并发冲突
   • 需要跟踪每个操作的版本历史
   • 必须保证最终所有用户看到相同的内容
   • 使用哈希值作为版本标识，确保内容完整性

2. 数据结构设计

   class Operation:
       def __init__(self, type, position, text, version, author):
           self.type = type        # 'insert' 或 'delete'
           self.position = int     # 操作位置
           self.text = str         # 操作的文本
           self.version = str      # 版本哈希
           self.author = str       # 作者标识
           self.timestamp = float  # 时间戳
   
   class Document:
       def __init__(self):
           self.content = ""       # 文档内容
           self.version_history = {}  # 版本哈希 -> 内容哈希
           self.operations = []    # 操作记录
   

3. 版本哈希计算

   import hashlib
   
   def calculate_version_hash(content, previous_version, operations):
       # 组合内容、前驱版本和操作记录计算哈希
       data = content + previous_version + str([op.__dict__ for op in operations[-10:]])
       return hashlib.sha256(data.encode()).hexdigest()
   

4. 操作转换算法（关键）

   • 当两个操作在相同位置并发发生时，需要转换操作顺序

   def transform_operation(op1, op2):
       # 如果op2在op1之前发生，不需要转换
       if op2.position < op1.position:
           return op1
   
       # 如果都是插入操作，且位置相同
       if op1.type == 'insert' and op2.type == 'insert':
           if op1.position <= op2.position:
               new_op = Operation(op1.type, op1.position, op1.text, op1.version, op1.author)
           else:
               new_op = Operation(op1.type, op1.position + len(op2.text), op1.text, op1.version, op1.author)
   
       # 处理插入和删除的冲突
       elif op1.type == 'insert' and op2.type == 'delete':
           if op1.position <= op2.position:
               new_op = Operation(op1.type, op1.position, op1.text, op1.version, op1.author)
           else:
               new_op = Operation(op1.type, op1.position - len(op2.text), op1.text, op1.version, op1.author)
   
       return new_op
   

5. 冲突解决策略

   def resolve_conflict(local_ops, remote_ops, current_content):
       # 使用操作转换解决冲突
       transformed_ops = []
   
       for remote_op in remote_ops:
           transformed_op = remote_op
           for local_op in local_ops:
               # 如果操作有重叠，进行转换
               if operations_overlap(transformed_op, local_op):
                   transformed_op = transform_operation(transformed_op, local_op)
           transformed_ops.append(transformed_op)
   
       # 应用转换后的操作
       for op in transformed_ops:
           current_content = apply_operation(current_content, op)
   
       return current_content
   
   def apply_operation(content, operation):
       if operation.type == 'insert':
           return content[:operation.position] + operation.text + content[operation.position:]
       else:  # delete
           return content[:operation.position] + content[operation.position + len(operation.text):]
   

6. 分布式同步协议

   class CollaborativeEditor:
       def __init__(self):
           self.document = Document()
           self.pending_operations = []
           self.vector_clock = {}  # 作者 -> 最后已知版本
   
       def local_edit(self, operation):
           # 生成本地操作
           operation.version = self.document.version_history.get(current_version, "")
           self.pending_operations.append(operation)
           self.document.content = apply_operation(self.document.content, operation)
   
           # 更新版本
           new_version = calculate_version_hash(
               self.document.content, 
               operation.version, 
               self.pending_operations
           )
           self.document.version_history[new_version] = self.document.content
   
       def receive_remote_operation(self, remote_operation, remote_operations):
           # 接收远程操作并解决冲突
           if self.has_conflict(remote_operation):
               # 解决冲突
               resolved_content = resolve_conflict(
                   self.pending_operations,
                   remote_operations,
                   self.document.content
               )
               self.document.content = resolved_content
           else:
               # 无冲突，直接应用
               self.document.content = apply_operation(self.document.content, remote_operation)
   
           # 更新版本历史
           new_version = calculate_version_hash(
               self.document.content,
               remote_operation.version,
               self.pending_operations + [remote_operation]
           )
           self.document.version_history[new_version] = self.document.content
   

7. 完整性验证

   def verify_document_integrity(document, claimed_version):
       # 验证文档内容是否与声称的版本匹配
       current_hash = hashlib.sha256(document.content.encode()).hexdigest()
       expected_hash = document.version_history.get(claimed_version, "")
       return current_hash == expected_hash
   

这个解决方案使用哈希算法确保版本标识的唯一性和内容完整性，通过操作转换算法解决编辑冲突，实现分布式实时协作编辑功能。