11. 交易缓存

11.1. 概述

区块链中,交易池模块负责缓存节点从网络中接收的待处理交易,在节点生成新的区块,从交易池获取交易并打包至区块内进行上链。

11.2. 交易种类

交易池缓存两种类型的交易:

  • 配置型交易:用来修改链配置;如果区块内含有配置型交易,则该区块被限制为有且仅有一笔交易

  • 非配置型交易:创建合约、调用合约、冻结合约等。

11.3. 模块设计

交易池采用模块化设计,使用接口将具体实现与其它模块进行解耦,以便后续迭代添加不同的实现。节点从网络接收到交易时,基于当前节点的状态,验证该交易的有效性(是否超时、是否已上链、是否已在交易池中等),仅当交易有效时,才会被添加至交易池中。

TxPool 接口描述

方法 解释
Start() error 启动交易池模块
Stop() error 停止交易池模块
AddTx(tx *common.Transaction, source TxSource) error 添加交易至交易池
TxExists(tx *common.Transaction) bool 查询交易是否存在
GetTxByTxId(txId string) (tx *common.Transaction, inBlockHeight int64) 依据txId,查询交易信息
GetTxsByTxIds(txIds []string)
(txsRet map[string]*common.Transaction, txsHeightRet map[string]int64)
批量查询交易信息
RetryAndRemoveTxs(retryTxs []*common.Transaction, removeTxs []*common.Transaction) 在交易池中添加、删除传入的交易
FetchTxBatch(blockHeight int64) []*common.Transaction 获取交易池中缓存的部分待打包交易,并将这部分交易从普通队列移动至待删除队列
AddTxsToPendingCache(txs []*common.Transaction, blockHeight int64) 当区块验证通过后,将块内交易添加至待删除队列,并从普通队列中删除
交易池类型 适用场景
single交易池 所有的共识场景
batch交易池 不适用于hotstuff共识场景

11.4. single 交易池实现

single交易池,对池内的状态更新是以单笔交易为基准的,如:添加交易、广播交易、从交易池fetch、删除交易等。

交易池内的队列分为两种:普通队列、待删除队列

  • 普通队列:存储待打包的区块交易

  • 待删除队列:存储已入块、待区块上链后删除的交易

添加至交易池的交易来源 TxSource,有三种类型:RPCP2PINTERNAL,不同来源的交易,对应不同的检查.

  • RPC:来自RPC的交易不验证基础的交易信息(如交易ID、时间戳是否符合规范)、不验证交易者的证书;因为RPC模块已做此类校验;成功添加至交易池的交易会广播给其它连接的节点

  • P2P:其它节点的广播的交易,进行所有的校验

  • INTERNAL:如果节点在同一高度接收到多个验证有效的区块,当其中某个区块上链后,其余的相同高度区块内的交易会被重新添加进交易池,防止这些交易被抛弃。

为兼容不同的共识算法,交易在交易池中会被记录更多信息,如区块高度信息,高度有三种状态;

  • -1:表示该交易池中不存在该交易

  • 0: 表示交易存在于交易池的待打包队列中

  • >0: 表示交易存在于某个待提交的区块内,高度为该区块的高度

交易池的状态变动,主要有如下几种情况:

  • 接收交易:将接收到验证通过后的交易,存储至待打包的队列中

  • 生成区块:调用交易池的FetchTxBatch实现,从交易池获取部分待打包交易,并将这些交易从普通队列移动至待删除队列

  • 验证区块:区块验证通过后,调用交易池的AddTxsToPendingCache,将块内的交易从交易池的普通的队列移动至待删除队列,如果块内不在交易池的普通队列中,则直接添加至待删除队列中

  • 提交区块:调用交易池的RetryAndRemoveTxs 实现,先将同一高度其他区块的交易添加至交易池的普通队列中,同时这些交易如果存在于待删除队列,则将其从待删除移除;再将块内交易从交易池的所有队列中移除(普通队列、待删除队列)

txpool status

11.5. batch交易池实现

batch交易池是交易池的另一种实现方式,池内状态的更新是以批次作为基准的;如:添加交易至队列、广播交易、从交易池获取等。

同时因为池内的状态更新是以批次为操作单位,来减少链上运行过程中交易池的时间消耗;所以无法支持 流水线的hotstuff共识,因为该共识需要对每笔交易添加额外的状态记录(即:交易所在的待提交区块高度信息,详细解释见上)

FetchTxBatch: 因不支持hotstuff,参数blockHeight无使用

GetTxByTxId: 因不支持hotstuff,返回的交易高度信息无意义

GetTxsByTxIds: 因不支持hotstuff,返回的交易高度信息无意义

AddTxsToPendingCache: 因不支持hotstuff,该方法无实现

添加至batch交易池的交易来源与single相同:RPCP2PINTERNAL,所做检查也相同,但在添加至交易池时有区别

  • RPC:来自RPC的单笔交易,在检查通过后先缓存在临时队列中,每隔一段时间,将该临时队列内的交易打包为批次,添加到交易池的普通队列内

  • P2P:因为batch交易池的P2P广播是以批次为单位,当其它节点接收到广播的批次交易时,将该批次内验证通过的交易作为一个新的批次加入至普通队列内

  • INTERNAL:将其它模块重新放回交易池的交易,作为一个新的批次添加至普通队列

11.6. 模块间交互

交易池主要与RPC、MsgBus、Core、BlockChainStore模块进行交互;

  • RPC模块接收客户端发送的交易

  • MsgBus模块接收其它节点广播的交易

  • BlockChainStore来验证交易是否已存在于链上

  • 节点生成、验证、提交区块时,Core模块调用相应的接口,修改交易池的状态

流程图如下:

Raft共识与核心引擎交互图

11.7. 参数配置

txpool 在节点配置中,有如下配置参数。

参数名称 类型 默认值 释义
pool_type string Single 启动的交易池类型,有single、batch两种类型
max_txpool_size Int 5120 交易池储存普通交易的数量上限
max_config_txpool_size Int 10 交易池储存配置交易的数量上限
batch_max_size int 50000 批量交易池,每个批次最多包含的交易数量
batch_create_timeout int 1000 微秒 批量交易池,定时创建批次的时间间隔