死磕以太坊源码分析之区块和交易广播

死磕以太坊源码分析之区块和交易广播

ProtocolManager详解

ProtocolManager,从字面上看是协议管理器,负责着p2p通信协议的管理。它连接了p2p的逻辑层peer与顶层peer之间的调用,从顶层将协议传递至逻辑层,再从逻辑层得到message传递到顶层。

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  1. fastSync规定了同步的模式 ;
  2. acceptTxs是节点是否接受交易的阀门,只有当pm.acceptTxs == 1时,节点才会接受交易。这个操作只会在同步结束后再开始,即同步的时候节点是不会接受交易的;
  3. SubProtocols中是以太坊的通讯协议,通常只有一个值,即eth63
  4. downloader是一个下载器,用于主动从远程节点中获取hashesblocks
  5. fetcher则被动的收集网络其他以太坊节点发过来的同步通知,进行验证,并做出相应的处理。

ProtocolManager.Start()启动了四条go程,分别是交易订阅广播协程(txBroadcastLoop)、挖矿订阅协程(minedBroadcastLoop)、节点定期同步协程(syncer)和交易同步协程(txsyncLoop)

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  1. ==txBroadcastLoop==:广播新出现的交易对象。txBroadcastLoop()会在txCh通道的收端持续等待,一旦接收到有关新交易的事件,会立即调用BroadcastTx()函数广播给那些尚无该交易对象的相邻个体。
  2. ==minedBroadcastLoop==:广播新挖掘出的区块。minedBroadcastLoop()持续等待本节点的新挖掘出区块事件,然后立即广播给需要的相邻个体。当不再订阅新挖掘区块事件时,这个函数才会结束等待并返回。
  3. ==syncer==:定时的和网络其他节点同步,并处理网络节点的相关通知。定时与相邻个体进行区块全链的强制同步。syncer()首先启动fetcher成员,然后进入一个无限循环,每次循环中都会向相邻peer列表中“最优”的那个peer作一次区块全链同步。发起上述同步的理由分两种:如果有新登记(加入)的相邻个体,则在整个peer列表数目大于5时,发起之;如果没有新peer到达,则以10s为间隔定时的发起之。这里所谓”最优”指的是peer中所维护区块链的TotalDifficulty(td)最高,由于Td是全链中从创世块到最新头块的Difficulty值总和,所以Td值最高就意味着它的区块链是最新的,跟这样的peer作区块全链同步,显然改动量是最小的,此即”最优”。
  4. ==txsyncLoop==:把新的交易均匀的同步给网路节点

广播的情形

  1. minedBroadcastLoop()监听到新区块事件后,把新区块和区块hash分别广播出去;
  2. 从远程节点同步完成后,将CurrentBlock广播出去,此时广播的是区块hash
  3. txBlockcastLoop()监听到区块池的新增交易事件时会广播交易;

广播区块及区块哈希

广播区块的入口在pm.minedBroadcastLoop(),进入到BroadcastBlock,这里的参数为bool值,如果传入的为true,则将区块block和总难度td发送给一部分节点,节点数为根号n;如果传入的为false,则将区块的hash发送给所有的节点。需要注意的是两个广播函数都执行

进入到true分支:代表只传播区块给一部分节点

①:首先计算一个临时的TD

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if parent := pm.blockchain.GetBlock(block.ParentHash(), block.NumberU64()-1); parent != nil {
td = new(big.Int).Add(block.Difficulty(), pm.blockchain.GetTd(block.ParentHash(), block.NumberU64()-1))
}

②:发送块到peers的子集

对节点数进行开方,16开方得4,然后取前4个节点。

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transferLen := int(math.Sqrt(float64(len(peers))))
if transferLen < minBroadcastPeers {
transferLen = minBroadcastPeers
}
if transferLen > len(peers) {
transferLen = len(peers)
}
transfer := peers[:transferLen]
for _, peer := range transfer {
peer.AsyncSendNewBlock(block, td) // 块传播
}

执行完之后直接return出去,再次执行此函数,此时不会走ture分支,直接判断判断本地是否有区块,如果有则发送区区块哈希给剩下的节点,如果没有,则不做发送哈希的操作。

如果本地存在这个要广播的区块(很可能就是出块节点,或者接受块的节点已经插入到区块链中),那就还要像其他没有被广播到区块的节点发送区块哈希。

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如果本地不存在这个要广播的区块哈希(应该是还没接收到区块或者区块哈希的节点),那它只要向它的节点列表里发送区块即可。

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接下来就是重点分析AsyncSendNewBlockAsyncSendNewBlockHash两个函数了。

AsyncSendNewBlock

发送块到需要广播的节点的广播队列中

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select {
case p.queuedProps <- &propEvent{block: block, td: td}:
p.knownBlocks.Add(block.Hash())
for p.knownBlocks.Cardinality() >= maxKnownBlocks {
p.knownBlocks.Pop()
}

这里的queuedProps是用来存放要广播的块的队列,同时,要把广播的块标记为已知,还不能超过1024(maxKnownBlocks)个。超过就会弹出队列第一个propEvent() 。接下来就是处理队列中的块了。

eth/peer.go中,有个专门处理广播的循环brodcast

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func (p *peer) broadcast() {
for {
select {
case txs := <-p.queuedTxs:
if err := p.SendTransactions(txs); err != nil {
return
}
p.Log().Trace("Broadcast transactions", "count", len(txs))

case prop := <-p.queuedProps:
if err := p.SendNewBlock(prop.block, prop.td); err != nil {
return
}
p.Log().Trace("Propagated block", "number", prop.block.Number(), "hash", prop.block.Hash(), "td", prop.td)

case block := <-p.queuedAnns:
if err := p.SendNewBlockHashes([]common.Hash{block.Hash()}, []uint64{block.NumberU64()}); err != nil {
return
}
p.Log().Trace("Announced block", "number", block.Number(), "hash", block.Hash())

case <-p.term:
return
}
}
}

广播新块到远程节点

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p.SendNewBlock(prop.block, prop.td);

远程节点收到块后同样也会标记哈希存入队列,并且不会超过最大,同时发送一个NewBlockMsgmsgcode0x07,同时数据会被RLP编码。

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p.knownBlocks.Add(block.Hash())
for p.knownBlocks.Cardinality() >= maxKnownBlocks {
p.knownBlocks.Pop()
}
return p2p.Send(p.rw, NewBlockMsg, []interface{}{block, td})
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func Send(w MsgWriter, msgcode uint64, data interface{}) error {
size, r, err := rlp.EncodeToReader(data)
if err != nil {
return err
}
return w.WriteMsg(Msg{Code: msgcode, Size: uint32(size), Payload: r})
}

到此广播区块的过程结束,交由远程节点去处理NewBlockMsg消息。


AsyncSendNewBlockHash

广播哈希的过程跟广播区块的过程非常的类似,最终是由远程节点去处理NewBlockHashesMsg消息。

广播区块的过程完毕之后,会直接进入下一个阶段,调用fetcher模块去同步这些广播的区块,接下的文章会讲到。


广播交易

广播交易的入口在pm.txBroadcastLoop(),直接进入到pm.BroadcastTxs(event.Txs),大概做了以下几件事:

①:将交易广播给一批没有这个交易的节点

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for _, tx := range txs {
peers := pm.peers.PeersWithoutTx(tx.Hash())
for _, peer := range peers {
txset[peer] = append(txset[peer], tx)
}
log.Trace("Broadcast transaction", "hash", tx.Hash(), "recipients", len(peers))
}

②:异步发送交易给这些节点

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for peer, txs := range txset {
peer.AsyncSendTransactions(txs)
}

接着进入到AsyncSendTransactions:

将所有交易标记为已知交易,同时还要保证没有超过最大的已知交易(32768笔)

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case p.queuedTxs <- txs:
for _, tx := range txs {
p.knownTxs.Add(tx.Hash())
}
for p.knownTxs.Cardinality() >= maxKnownTxs {
p.knownTxs.Pop()
}
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case txs := <-p.queuedTxs:
if err := p.SendTransactions(txs); err != nil {
return
}
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func (p *peer) SendTransactions(txs types.Transactions) error {
...
return p2p.Send(p.rw, TxMsg, txs)
}

发送交易最终会发送一个TxMsg消息,接收到这个消息的节点会通过pm.txpool.AddRemotes(txs)处理交易。


消息处理(handleMsg)

handleMsg从对方连接中读取消息,根据消息码的不同进行处理,从而将广播和同步之间来回的消息进行处理。

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func (pm *ProtocolManager) handleMsg(p *peer) error {
msg, err := p.rw.ReadMsg()
if err != nil {
return err
}
if msg.Size > ProtocolMaxMsgSize {
return errResp(ErrMsgTooLarge, "%v > %v", msg.Size, ProtocolMaxMsgSize)
}
defer msg.Discard()

switch {
case msg.Code == StatusMsg: ......
case msg.Code == GetBlockHeadersMsg: ......
case msg.Code == BlockHeadersMsg: ......
case msg.Code == GetBlockBodiesMsg: ......
case msg.Code == BlockBodiesMsg: ......
case p.version >= eth63 && msg.Code == GetNodeDataMsg: ......
case p.version >= eth63 && msg.Code == NodeDataMsg: ......
case p.version >= eth63 && msg.Code == GetReceiptsMsg: ......
case p.version >= eth63 && msg.Code == ReceiptsMsg: ......
case msg.Code == NewBlockHashesMsg: ......
case msg.Code == NewBlockMsg: ......
case msg.Code == TxMsg: ......
default: return errResp(ErrInvalidMsgCode, "%v", msg.Code)
}
return nil
}

参考

https://mindcarver.cn 最新发布

https://github.com/blockchainGuide/ 资料更新

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