CRDT(Conflict-Free Replicated Data Types)는 네트워크 연결이 불안정하거나 분산 환경에서 동기화 없이도 데이터 충돌 없이 병렬 업데이트를 가능하게 하는 데이터 구조입니다. 동시성이 필수적인 협업 애플리케이션, 분산 데이터베이스, 오프라인 지원 시스템 등에서 높은 가용성과 일관성을 동시에 달성할 수 있어 주목받고 있습니다. 이 글에서는 CRDT의 원리, 종류, 기술적 장점과 활용 사례까지 폭넓게 다룹니다.
1. 개념 및 정의
CRDT는 여러 노드가 동일한 데이터를 각자 복제하고, 중앙 서버나 락(lock) 없이도 서로의 변경 사항을 안전하게 병합(merge)할 수 있도록 설계된 자료구조입니다. 모든 노드는 비동기적으로 독립된 변경을 수행할 수 있으며, 이후 최종적으로 모든 노드가 동일한 상태로 수렴하는(Strong Eventual Consistency) 성질을 가집니다.
이러한 특성은 **CAP 이론에서의 가용성(Availability)과 분할 허용성(Partition Tolerance)**을 중시하는 시스템에 이상적입니다.
2. 특징
특징
설명
기대 효과
충돌 없는 병합
수학적으로 보장된 병합 함수로 인해 동시 업데이트 충돌 없음
동기화 지연에도 일관성 유지
비동기 동작 지원
오프라인 상태에서도 변경 가능, 이후 동기화 시 자동 병합
오프라인 앱, P2P 시스템에 적합
락 없이 병렬 업데이트 가능
전통적 분산 락 없이도 데이터 정합성 유지 가능
지연 시간 감소, 복잡성 감소
네트워크 분할 내성
일시적 네트워크 장애 발생 시에도 무중단 동작 가능
장애 복원력 향상
자동 수렴 보장
모든 복제본은 결국 동일한 상태로 수렴
강력한 최종 일관성 (SEC) 확보
3. 주요 유형 및 구조
CRDT 유형
설명
사용 예시
G-Counter
증가만 가능한 카운터
게시글 조회수, 좋아요 수 등
PN-Counter
증가/감소 모두 가능한 카운터
인원 수 변화, 재고 관리 등
G-Set
추가만 가능한 집합(Set) 구조
방문한 페이지 기록 등
2P-Set
추가/삭제 지원 (삭제 후 동일 항목 재삽입 불가)
간단한 토글 플래그
OR-Set
항목에 고유 ID 부여로 재삽입 허용
태그 목록, 실시간 공동 편집 항목
LWW-Register
가장 최근 타임스탬프 기준으로 값 유지
사용자 상태 정보, 프로필 편집 등
RGA (Replicated Growable Array)
텍스트 또는 리스트 항목을 순서대로 저장 가능
공동 문서 편집기 (Google Docs 등)
4. 기술 요소
기술 요소
설명
Merge Function
수학적 결합법칙(결합성, 교환성, 항등원)을 만족하는 병합 함수
Vector Clock / Version Vector
변경 순서를 추적하여 최신 상태를 판단
Delta CRDT
전체 상태가 아닌 변경분만 전파하여 네트워크 오버헤드 최소화
Gossip Protocol
병합 정보를 전파하는 P2P 기반 통신 방식
Operation-based CRDT
연산을 기반으로 상태를 동기화 (변경 사항만 전파)
5. 장점 및 이점
장점
설명
적용 분야
높은 가용성
네트워크 단절에도 병렬 작업 수행 가능
오프라인 협업 앱, 멀티 디바이스 동기화
동기화 비용 절감
복잡한 합의 알고리즘이나 락 없이도 정합성 유지
분산 캐시, IoT 데이터 저장소
실시간 협업 기능 지원
사용자 간 병합 충돌 없이 문서 또는 UI 상태 동기화 가능
협업 툴, 실시간 편집기
확장성 및 유연성
노드 수 증가에 따른 통신 비용 최소화
대규모 P2P 시스템, 엣지 컴퓨팅
6. 주요 활용 사례 및 고려사항
활용 사례
실시간 문서 편집: Google Docs, Notion, Figma 등에서 충돌 없는 협업 동기화 구현
P2P 메신저/채팅 앱: 메시지 병합 및 순서 정렬을 위한 구조로 CRDT 활용
분산 게임 상태 저장: 동시 사용자 입력을 병합해 일관된 게임 상태 유지
IoT 센서 네트워크: 오프라인 노드에서 수집된 데이터를 충돌 없이 중앙에 병합
고려사항
고려 항목
설명
메모리 사용량 증가
각 항목에 메타데이터가 부가되어 메모리 요구량 증가
병합 로직 복잡성
데이터 구조에 따라 병합 알고리즘 구현이 복잡할 수 있음
데이터 정리 필요
불필요한 이력 또는 tombstone을 주기적으로 정리해야 함
실시간 정렬이 필요한 경우
리스트 기반 CRDT는 정렬 보장 비용이 발생할 수 있음
7. 결론
CRDT는 중앙 서버 의존도 없이 분산 환경에서의 데이터 일관성, 가용성, 확장성을 모두 만족시키는 강력한 자료구조입니다. 실시간 협업, P2P, IoT, 엣지 컴퓨팅 등 분산성과 동시성이 중요한 시스템에서 특히 빛을 발하며, 미래의 데이터 동기화 기술을 선도할 핵심 기술 중 하나입니다. 복잡한 충돌 해소 로직 없이도 자동으로 상태를 수렴시킬 수 있다는 점에서, 개발자와 서비스 운영자 모두에게 강력한 선택지로 떠오르고 있습니다.
