死磕以太坊源码分析之blockChain分析

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死磕以太坊eth源码分析之blockChain分析

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配合以下代码进行阅读:https://github.com/blockchainGuide/

写文不易,给个小关注,有什么问题可以指出,便于大家交流学习。

blockchain关键元素

  • db:持久化到底层数据储存,即leveldb
  • genesisBlock:创始区块
  • currentBlock:当前区块,blockchain中并不是储存链所有的block,而是通过currentBlock向前回溯直到genesisBlock,这样就构成了区块链blockchain
  • bodyCachebodyRLPCacheblockCachefutureBlocks区块链blockchain中的缓存结构,用于加快区块链blockchain的读取和构建;
  • hcheaderchain区块头链,由blockchain额外维护的另一条链,由于HeaderBlock的储存空间是有很大差别的,但同时BlockHash值就是Header(RLP)的Hash值,所以维护一个headerchain可以用于快速延长链,验证通过后再下载blockchain,或者可以与blockchain进行相互验证;
  • processor:执行区块链blockchain交易的接口,收到一个新的区块时,要对区块中的所有交易执行一遍,一方面是验证,一方面是更新世界状态;
  • validator:验证数据有效性的接口
  • futureBlocks:收到的区块时间大于当前头区块时间15s而小于30s的区块,可作为当前节点待处理的区块。

函数介绍

// BadBlocks 处理客户端从网络上获取的最近的bad block列表 func (bc *BlockChain) BadBlocks() []*types.Block {}  // addBadBlock 把bad block放入缓存 func (bc *BlockChain) addBadBlock(block *types.Block) {}
// CurrentBlock取回主链的当前头区块,这个区块是从blockchian的内部缓存中取得 func (bc *BlockChain) CurrentBlock() *types.Block {}  // CurrentHeader检索规范链的当前头区块header。从HeaderChain的内部缓存中检索标头。 func (bc *BlockChain) CurrentHeader() *types.Header{}  // CurrentFastBlock取回主链的当前fast-sync头区块,这个区块是从blockchian的内部缓存中取得 func (bc *BlockChain) CurrentFastBlock() *types.Block {}
// 将活动链或其子集写入给定的编写器. func (bc *BlockChain) Export(w io.Writer) error {} func (bc *BlockChain) ExportN(w io.Writer, first uint64, last uint64) error {}
// FastSyncCommitHead快速同步,将当前头块设置为特定hash的区块。 func (bc *BlockChain) FastSyncCommitHead(hash common.Hash) error {}
// GasLimit返回当前头区块的gas limit func (bc *BlockChain) GasLimit() uint64 {}
// Genesis 取回genesis区块 func (bc *BlockChain) Genesis() *types.Block {}
// 通过hash从数据库或缓存中取到一个区块体(transactions and uncles)或RLP数据 func (bc *BlockChain) GetBody(hash common.Hash) *types.Body {} func (bc *BlockChain) GetBodyRLP(hash common.Hash) rlp.RawValue {}
// GetBlock 通过hash和number取到区块 func (bc *BlockChain) GetBlock(hash common.Hash, number uint64) *types.Block {} // GetBlockByHash 通过hash取到区块 func (bc *BlockChain) GetBlockByHash(hash common.Hash) *types.Block {} // GetBlockByNumber 通过number取到区块 func (bc *BlockChain) GetBlockByNumber(number uint64) *types.Block {}
// 获取给定hash和number区块的header func (bc *BlockChain) GetHeader(hash common.Hash, number uint64) *types.Header{}  // 获取给定hash的区块header func (bc *BlockChain) GetHeaderByHash(hash common.Hash) *types.Header{}  // 获取给定number的区块header func (bc *BlockChain) GetHeaderByNumber(number uint64) *types.Header{}
// HasBlock检验hash对应的区块是否完全存在数据库中 func (bc *BlockChain) HasBlock(hash common.Hash, number uint64) bool {}  // 检查给定hash和number的区块的区块头是否存在数据库 func (bc *BlockChain) HasHeader(hash common.Hash, number uint64) bool{}  // HasState检验state trie是否完全存在数据库中 func (bc *BlockChain) HasState(hash common.Hash) bool {}  // HasBlockAndState检验hash对应的block和state trie是否完全存在数据库中 func (bc *BlockChain) HasBlockAndState(hash common.Hash, number uint64) bool {}
// 获取给定hash的区块的总难度 func (bc *BlockChain) GetTd(hash common.Hash, number uint64) *big.Int{}
// 获取从给定hash的区块到genesis区块的所有hash func (bc *BlockChain) GetBlockHashesFromHash(hash common.Hash, max uint64) []common.Hash{}  // GetReceiptsByHash 在特定的区块中取到所有交易的收据 func (bc *BlockChain) GetReceiptsByHash(hash common.Hash) types.Receipts {}  // GetBlocksFromHash 取到特定hash的区块及其n-1个父区块 func (bc *BlockChain) GetBlocksFromHash(hash common.Hash, n int) (blocks []*types.Block) {}  // GetUnclesInChain 取回从给定区块到向前回溯特定距离到区块上的所有叔区块 func (bc *BlockChain) GetUnclesInChain(block *types.Block, length int) []*types.Header {}
// insert 将新的头块注入当前块链。 该方法假设该块确实是真正的头。 // 如果它们较旧或者它们位于不同的侧链上,它还会将头部标题和头部快速同步块重置为同一个块。 func (bc *BlockChain) insert(block *types.Block) {}  // InsertChain尝试将给定批量的block插入到规范链中,否则,创建一个分叉。 如果返回错误,它将返回失败块的索引号以及描述错误的错误。 //插入完成后,将触发所有累积的事件。 func (bc *BlockChain) InsertChain(chain types.Blocks) (int, error){}  // insertChain将执行实际的链插入和事件聚合。  // 此方法作为单独方法存在的唯一原因是使用延迟语句使锁定更清晰。 func (bc *BlockChain) insertChain(chain types.Blocks) (int, []interface{}, []*types.Log, error){}  // InsertHeaderChain尝试将给定的headerchain插入到本地链中,可能会创建一个重组 func (bc *BlockChain) InsertHeaderChain(chain []*types.Header, checkFreq int) (int, error){}  // InsertReceiptChain 使用交易和收据数据来完成已经存在的headerchain func (bc *BlockChain) InsertReceiptChain(blockChain types.Blocks, receiptChain []types.Receipts) (int, error) {}
//loadLastState从数据库加载最后一个已知的链状态。 func (bc *BlockChain) loadLastState() error {}
// Processor 返回当前current processor. func (bc *BlockChain) Processor() Processor {}
// Reset重置清除整个区块链blockchain,将其恢复到genesis state. func (bc *BlockChain) Reset() error {}  // ResetWithGenesisBlock 清除整个区块链blockchain, 用特定的genesis state重塑,被Reset所引用 func (bc *BlockChain) ResetWithGenesisBlock(genesis *types.Block) error {}  // repair尝试通过回滚当前块来修复当前的区块链blockchain,直到找到具有关联状态的块。 // 用于修复由崩溃/断电或简单的非提交尝试导致的不完整的数据库写入。 //此方法仅回滚当前块。 当前标头和当前快速块保持不变。 func (bc *BlockChain) repair(head **types.Block) error {}  // reorgs需要两个块、一个旧链以及一个新链,并将重新构建块并将它们插入到新的规范链中,并累积潜在的缺失事务并发布有关它们的事件 func (bc *BlockChain) reorg(oldBlock, newBlock *types.Block) error{}  // Rollback 旨在从数据库中删除不确定有效的链片段 func (bc *BlockChain) Rollback(chain []common.Hash) {}
// SetReceiptsData 计算收据的所有非共识字段 func SetReceiptsData(config *params.ChainConfig, block *types.Block, receipts types.Receipts) error {}  // SetHead将本地链回滚到指定的头部。 // 通常可用于处理分叉时重选主链。对于Header,新Header上方的所有内容都将被删除,新的头部将被设置。 // 但如果块体丢失,则会进一步回退(快速同步后的非归档节点)。 func (bc *BlockChain) SetHead(head uint64) error {}  // SetProcessor设置状态修改所需要的processor func (bc *BlockChain) SetProcessor(processor Processor) {}  // SetValidator 设置用于验证未来区块的validator func (bc *BlockChain) SetValidator(validator Validator) {}  // State 根据当前头区块返回一个可修改的状态 func (bc *BlockChain) State() (*state.StateDB, error) {}  // StateAt 根据特定时间点返回新的可变状态 func (bc *BlockChain) StateAt(root common.Hash) (*state.StateDB, error) {}  // Stop 停止区块链blockchain服务,如果有正在import的进程,它会使用procInterrupt来取消。 // it will abort them using the procInterrupt. func (bc *BlockChain) Stop() {}  // TrieNode从memory缓存或storage中检索与trie节点hash相关联的数据。 func (bc *BlockChain) TrieNode(hash common.Hash) ([]byte, error) {}  // Validator返回当前validator. func (bc *BlockChain) Validator() Validator {}
// WriteBlockWithoutState仅将块及其元数据写入数据库,但不写入任何状态。 这用于构建竞争方叉,直到超过规范总难度。 func (bc *BlockChain) WriteBlockWithoutState(block *types.Block, td *big.Int) (err error){}  // WriteBlockWithState将块和所有关联状态写入数据库。 func (bc *BlockChain) WriteBlockWithState(block *types.Block, receipts []*types.Receipt, state *state.StateDB) {}  // writeHeader将标头写入本地链,因为它的父节点已知。 如果新插入的报头的总难度变得大于当前已知的TD,则重新路由规范链 func (bc *BlockChain) writeHeader(header *types.Header) error{}  // 处理未来区块链blockchain func (bc *BlockChain) update() {}

blockchain初始化

主要步骤:

①:创建一个新的headerChain结构

bc.hc, err = NewHeaderChain(db, chainConfig, engine, bc.getProcInterrupt)
  1. 根据number(0)获取genesisHeader
  2. 从rawdb中读取HeadBlock并存储在currentHeader中

②:获取genesisBlock

bc.genesisBlock = bc.GetBlockByNumber(0)

③:如果链不为空,则用老的链数据初始化链

if bc.empty() {         rawdb.InitDatabaseFromFreezer(bc.db)     }

④:加载最新的状态数据

if err := bc.loadLastState(); err != nil {         return nil, err     }

⑤:检查区块哈希的当前状态,并确保链中没有任何坏块

for hash := range BadHashes {         if header := bc.GetHeaderByHash(hash); header != nil {             headerByNumber := bc.GetHeaderByNumber(header.Number.Uint64())             if headerByNumber != nil && headerByNumber.Hash() == header.Hash() {                 log.Error("Found bad hash, rewinding chain", "number", header.Number, "hash", header.ParentHash)                 bc.SetHead(header.Number.Uint64() - 1)                 log.Error("Chain rewind was successful, resuming normal operation")             }         }     }

⑥:定时处理future block

go bc.update()     ->procFutureBlocks         ->InsertChain

总的来说做了以下几件事:

  1. 配置cacheConfig,创建各种lru缓存
  2. 初始化triegc
  3. 初始化stateDbstate.NewDatabase(db)
  4. 初始化区块和状态验证:NewBlockValidator()
  5. 初始化状态处理器:NewStateProcessor()
  6. 初始化区块头部链:NewHeaderChain()
  7. 查找创世区块:bc.genesisBlock = bc.GetBlockByNumber(0)
  8. 加载最新的状态数据:bc.loadLastState()
  9. 检查区块哈希的当前状态,并确保链中没有任何坏块
  10. go bc.update() 定时处理future block

加载区块链blockchain状态

①:从数据库中恢复headblock,如果空的话,触发reset chain

head := rawdb.ReadHeadBlockHash(bc.db)     if head == (common.Hash{}) {         log.Warn("Empty database, resetting chain")         return bc.Reset()     }

②:确保整个head block是可以获取的,若为空,则触发reset chain

currentBlock := bc.GetBlockByHash(head)     if currentBlock == nil {         // Corrupt or empty database, init from scratch         log.Warn("Head block missing, resetting chain", "hash", head)         return bc.Reset()     }

③:从stateDb中打开最新区块的状态trie,如果打开失败调用bc.repair(&currentBlock)方法进行修复。修复方法就是从当前区块一个个的往前面找,直到找到好的区块,然后赋值给currentBlock。

if _, err := state.New(currentBlock.Root(), bc.stateCache); err != nil {         // Dangling block without a state associated, init from scratch         log.Warn("Head state missing, repairing chain", "number", currentBlock.Number(), "hash", currentBlock.Hash())         if err := bc.repair(&currentBlock); err != nil {             return err         }         rawdb.WriteHeadBlockHash(bc.db, currentBlock.Hash())     }

④:存储当前的headblock和设置当前的headHeader以及头部快速块

bc.currentBlock.Store(currentBlock) .... bc.hc.SetCurrentHeader(currentHeader) ... bc.currentFastBlock.Store(currentBlock)

参考

https://mindcarver.cn

https://github.com/blockchainGuide

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