Local-First: 即時協作 + 所有權，下一個世代的軟體開發典範

我在網路上看到獨立實驗室 Ink & Switch 2019 年刊登的文章《Local-first software: You own your data, in spite of the cloud》。看完大受感動與啟發，在這裡做簡單的摘要與分享。

放眼現代軟體生態，會發現跟十年以前已經完全不同。取代安裝在電腦上的應用程式，越來越多的軟體改成以網頁服務的方式提供。大部分用電腦的時間，幾乎都待在瀏覽器中。

在過去的十幾年，軟體行業經歷了一次典範轉移。從傳統的桌面軟體，轉變成網頁服務。這帶來了更好的跨平台支援，免安裝直接使用，以及流暢的跨裝置體驗，最重要的，它使得多人即時協作可行。

指標性的案例，例如 Microsoft Word、PowerPoint、Adobe Illustrator，逐漸被 Google Docs、Canvas、Figma 所取代。這些服務支援多人即時協作，省下了 email 往返的心力，更重要的，讓多個人能同時修改而不會出現衝突。

然而，從桌面軟體變成網頁服務也帶來了以下問題：

1. 速度：所有的操作都需要跟遠端的資料中心互動，就算只是勾一個選項，也需要等待網路延遲

2. 依賴網路運作：不論是你的資料還是操作它的軟體，唯一的「正本」都是存放在遠端資料中心，不論是當你失去網路連線，或是伺服器故障，你都沒有辦法繼續使用

3. 失去所有權：你不再擁有你的檔案，你只是有著一組能存取它們的帳密，而服務提供者隨時能收回

截取文章中的精闢總結：

The cloud gives us collaboration, but old-fashioned apps give us ownership. Can’t we have the best of both worlds?

雲端帶來協作，而桌面軟體給我們所有權。我們有沒有辦法結合兩個世界的優點？

這樣的軟體，就是這篇文章所提出的 local-first software。

Local-First 的七項指標

文中將 local-first 定義為：優先使用本機儲存空間與內部網路，讓使用者有完整所有權，然而仍然能享受雲端服務的使用者體驗。

其中提出了七項具體指標

1. 速度：你的資料就在你的裝置上，所有操作都是即時完成，在背景中與其他裝置同步

2. 跨裝置：你的資料要能夠在多個裝置上操作

3. 離線使用：在網路不能使用時，還是要能完整使用單機功能

4. 即時協作：能夠與他人同時操作，並能避免或解決衝突

5. 可持續性：在這間公司倒閉後，使用者還能不能開他的資料？過了 100 年後，這些資料還有沒有辦法被讀取？

6. 安全與隱私：使用者資料預設只存在使用者自己的裝置，避免資料集中在中心化伺服器，帶來的監控、駭客攻擊與資料遭不當利用的問題

7. 所有權：你能不能完整擁有你的資料。如果帳號被公司或法院停權，你還能不能使用？

以下節錄文中以這七項指標對現有軟體、服務、技術所做的評量

✓符合 — 部份符合 ✗ 不符合

• 檔案 + email / 雲端同步：其實已經很好用了。你有完整檔案的所有權，在自己的電腦上流暢的操作。就只是當要與他人協作時，需要往復的寄送檔案，還必須不斷修改命名（報告_1.docs 報告_2.docx 報告_final_4.docx）。
  雲端同步稍微解決了寄送檔案的困擾，但當兩地同時修改了一個檔案，發生衝突時，就會非常難解決。

• Google Docs / 一般網頁程式：可以跨裝置使用與多人協作，然而沒網路就什麼也做不了。你也需要擔心是否會因為帳號被停權等原因而失去你的作品。

• 多數手機應用：雖然是下載在手機裡的程式，但大多數功能卻都要依賴伺服器的功能。沒有網路，連自己發的影片都打不開。

• Git+GitHub：Git 是軟體業界用來管理程式碼版本和多人協作的首選工具。它幾乎完美符合了軟體開發的需求，然而主要是設計給純文字檔案（程式碼），同時學習門檻過高，不適合讓一般人日常使用。

  但它的設計，尤其是其中每一個端點都有完整資料，以及透過編輯歷史來做衝突比較與復原的功能，非常值得借鑑。

究竟什麼樣的技術能夠符合這七項條件的每一項呢？在文中，實驗室團隊發現一種很有潛力作為基礎的技術：無衝突複製資料類型（Conflict-free Replicated Data Types, CRDTs）。以下就簡稱為 CRDTs。

理解 CRDTs

CRDTs 於 2011 年在一個電腦科學期刊中提出，是一種能讓多台電腦協作，又能自動解衝突的資料結構。CRDTs 不只保存資料的最終狀態，也保存了完整的變更歷史，並且只要重播（replay）歷史，就能得到一樣的最終狀態。

以文字編輯為例，假如原始字串如下：

1234567890

A 在 3 後面插入了一個 0

1230456789

B（從原始字串）移除了 8

12345679

當電腦要合併這兩項操作時，會發現 123 後面的字一個也對不起來。傳統上我們會使用更高級的字串比對演算法來解決，但如果我們知道修改的歷史，我們就只要將它們各自應用，就能得到解決衝突後的結果：

123456789   -> 原始字串
1230456789  -> 在 3 後面插入了一個 0
123045679   -> 移除了 8

如果是真的不能自動解決的衝突，CRDTs 也能夠提供更準確和小範圍的比較訊息，讓應用程式或使用者來解決。

在這個簡單的案例中可能還看不出價值，但使用過雲端檔案同步功能的人都知道，當遇到兩台電腦修改了同一個檔案，那是多麼麻煩和棘手的情況。僅基於結果的比對是困難的，這也就是為什麼不能夠以簡單的檔案/狀態同步來實現 local-first。

因此，以 CRDTs 作為基礎，我們就能夠解決跨裝置的資料衝突問題，開發出既能離線運作，又能與他人進行協作的系統。

案例研究：Heptabase

Heptabase 是一個由台灣人創辦的訂閱制筆記與知識庫軟體，致力於讓任何人都能有效的對任何事建立深度理解。我已經使用了一年半，非常喜愛。它深深的改變了我學習的方式，也幫助我建立更有持續性與深刻的知識系統。

我在使用 Heptabase 時，最享受的是它流暢的使用者體驗，每個裝置都能獨立運作，跨裝置同步也不會有衝突，今年更加入了即時多人協作。

我以前使用 Notion，最受不了每次開啟都要等待好久的載入速度。後來回歸了純文字 markdown 的懷抱，用 Nextcloud 同步 markdown 檔案，然而電腦檔案的樹狀架構並不適合建立複雜知識系統。直到我發現 Heptabase，才找到真正適合自己的工具。

我也是以 Heptabase 的架構為原型，在研究如何開發這樣的系統時，才發現了 local-first 這個概念。我不確定這是不是當初他們的設計理念之一，但在我的使用體驗上，它滿足了其中非常多項指標。

以下我使用 local-first 的七項指標來評估 Heptabase

✓符合 — 部份符合 ✗ 不符合

1. ✓ 速度：單機擁有完整資料，打開立即開啟（不到 2 秒）

2. ✓ 跨裝置：電腦、手機、平板、網頁都能跨裝置使用

3. ✓ 離線使用：離線仍然能完整存取並修改所有資料，包含撰寫卡片，編輯白板等

4. ✓ 即時協作：支援跟他人同時編輯同一個白板

5. — 可持續性：Heptabase 是專有的訂閱制軟體，不付費就不能使用。但資料以 markdown 與 JSON 格式每日備份於自己裝置，仍然可以使用其他軟體解析。

6. — 安全與隱私：Heptabase 會在伺服器端保存一份你的資料，以利於同步功能，目前沒有端到端加密保護。使用者也可以選擇不啟用同步，但就無法享受跨裝置功能。

7. — 所有權：使用者有 markdown 和 JSON 的所有資料，但少了 Heptabase 這套軟體，沒有那麼容易使用，但是技術上能夠自己解析的。

總合來說，Heptabase 展現了 local-first 架構如何被實現在一個擁有良好使用者體驗的產品上，並使它成為產品核心賣點之一。

下個時代的來臨

網際網路從一開始 web1 的單向傳遞，到使用者生產內容的 web2，直到現在將所有權歸還使用者的 web3 運動。然而應用開發卻還是以伺服器中心的 Web Apps 作為主流。

Local-first 與 CRDTs 的架構，能夠在保有使用者主權的情況下，加入多人協作與跨裝置的功能。不論是家庭相簿、筆記、記帳、健身記錄，都能用更隱私而安全的方式與他人協作。這樣的應用程式，就如同是 app3，將會是在未來世代的應用開發典範。

最早發表於 wancat.cc