Conflict-Free Replicated Data Types

Replicating data under Eventual Consistency (EC) allows any replica to accept updates without remote synchronisation. This ensures performance and scalability in largescale distributed systems (e.g., clouds). However, published EC approaches are ad-hoc and error-prone. Under a formal Strong Eventual Consistency (SEC) model, we study sufficient conditions for convergence. A data type that satisfies these conditions is called a Conflictfree Replicated Data Type (CRDT). Replicas of any CRDT are guaranteed to converge in a self-stabilising manner, despite any number of failures. This paper formalises two popular approaches (stateand operation-based) and their relevant sufficient conditions. We study a number of useful CRDTs, such as sets with clean semantics, supporting both add and remove operations, and consider in depth the more complex Graph data type. CRDT types can be composed to develop large-scale distributed applications, and have interesting theoretical properties. Key-words: Eventual consistency, replicated shared objects, large-scale distributed systems ∗ This research is supported in part by ANR project ConcoRDanT (ANR-10-BLAN 0208). Marek Zawirski is supported in part by his Google Europe Fellowship in Distributed Computing 2010. Carlos Baquero is partially supported by FCT project Castor (PTDC/EIA-EIA/104022/2008). † French-language title, abstract and keywords in ria -0 06 09 39 9, v er si on 2 27 A ug 2 01 1 Types de données sans conflit Résumé : La réplication selon la politique de cohérence à terme (Eventual Consistency ou EC) autorise toute réplique à accepter des mises à jour sans se synchroniser avec les autres. Cette approche ne bride pas les performances et permet le passage à l’échelle dans les systèmes distribués, par ex. dans l’informatique en nuage. Cependant, les algorithmes EC précédemment publiés sont ad-hoc et sujets aux erreurs. Nous proposons un modèle formel, la cohérence à terme forte (Strong Eventual Consistency ou SEC), dans lequel nous étudions des conditions suffisantes de converegence. Un type de données satisfaisant ces conditions sera dit sans conflit (Conflict-free Replicated Data Type ou CRDT). Les répliques d’un CRDT convergent de façon auto-stabilisante, quel que soit le nombre de fautes. Cet article formalise deux approches courantes, celle basée sur les états et celle basée sur les données, et les conditions suffisantes correspondantes. Nous étudions un certain nombre de CRDT génériques, comme des ensembles, avec une sémantique appropriée pour les opérations add et remove, et approfondissons un type plus complexe, le graphe. Les CRDT peuvent être composés, de façon à développer des applications réparties à grande échelle, et ont des propriétés théoriques intéressantes. Mots-clés : Cohérence à terme, objets partagés répliqués, système réparti de grande échelle in ria -0 06 09 39 9, v er si on 2 27 A ug 2 01 1 Conflict-free Replicated Data Types 3