以太坊源碼分析：交易緩衝池txpool

區塊鏈就是何交易打交道，咱們今天就介紹下，交易處理過程當中的一個重要組成部分：txpool。這篇文章主要從功能角度介紹，經過這篇文章會了解：

1. txpool的在交易中的位置和做用。
2. txpool的功能，核心組成部分queued和pending。
3. txpool如何實現它的功能。
4. txpool源碼的重要關注點。

以太坊內部有個重要的內部功能是txpool，從字面意思就能看出來，交易池就是存放交易的池子。它在以太坊中的位置以下圖，只要有新交易，不管是本節點建立的，仍是其餘peer節點廣播來的，都會先加入到交易池裏，在打包區塊的時候，就從這個池子裏提取，區塊產生以後，共識區塊，交易上鍊。

txpool有4個功能：

1. 做爲存放交易的緩衝區，大量交易到來時，先存起來
2. 爲打包區塊服務，合適交易會被打包到區塊
3. 清理交易
4. 當交易的數量多於緩衝區大小時，過濾/懲罰發送大量交易的帳戶（攻擊者）

咱們來一張稍微詳細點的模塊交互圖，看txpool怎麼實現上面4個功能的。

緩存功能的設計

txpool中的交易分爲queued和pending 2種，其中queued存放將來的、當前沒法執行的交易。以太坊使用nonce值決定某個帳戶的交易順序，多條交易值nonce值必須連續，若是和過去的交易不連續，則沒法執行，咱們不妨使用nonce值，標記交易的號碼，nonce爲10的交易，稱爲第10號交易。舉個例子，當前帳戶的nonce是10，txpool中有該帳戶的第100號交易，但txpool中沒有第11~99號交易，這些交易的缺失，形成第100號交易沒法執行，因此第100號交易就是將來的交易、不可執行的交易，存放在queue中。

pending存放可執行的交易。好比咱們把上面的11~99號交易補全了，那麼11~100號交易均可以進入到pending，由於這些交易都是連續的，均可以打包進區塊。

當節點收到交易（本地節點發起的或peer廣播來的）時，會先存放到queued，txpool在某些狀況下，把queued中可執行的交易，轉移到pending中。

爲區塊打包服務

這是txpool最核心的功能，worker在打包區塊的時候，會獲取全部的pending交易，但這些交易還存在txpool中，worker只是讀取出來，至於txpool什麼時候刪除交易，稍後從txpool清理交易的角度單獨在看。

清理交易

txpool清理交易有如下幾種條件，符合任意如下1條的，都是無效交易，會被從pending或者queued中移除：

1. 交易的nonce值已經低於帳戶在當前高度上的nonce值，表明交易已過時，交易已經上鍊就屬於這種狀況
2. 交易的GasLimit大於區塊的GasLimit，區塊容不下交易
3. 帳戶的餘額已不足以支持該交易要消耗的費用
4. 交易的數量超過了queued和pending的緩衝區大小，須要進行清理

交易清理主要有3個場景：

1. txpool訂閱了ChainHeadEvent事件，該事件表明主鏈上有新區塊產生，txpool會根據最新的區塊，檢查每一個帳號的交易，有些無效的會被刪除，有些因爲區塊回滾會從pending移動到queued，而後把queued中可執行的交易移動到pending，爲下一輪區塊打包組號準備。
2. queued交易移動到pending被稱爲「提高」（promote），這個過程當中，一樣會檢查交易，當交易不符合以上條件時，就會被直接從queued中刪除。
3. 刪除停留在queued中超過3小時的交易，3小時這個超時時間是能夠經過geth的啓動參數調整的。txpool記錄了某個帳戶交易進入pending的時間，若是這個時間超過了3小時，表明該帳號的交易遲遲不能被主鏈打包，既然沒法被主連接受，就刪除掉在queued中原本就沒法執行的交易。

懲罰惡意帳號

這也是txpool很重要的一個屬性，能夠防止惡意帳戶以發起大量垃圾交易。防止惡意用戶形成：

1. 佔用txpool空間
2. 浪費節點大量內存和CPU
3. 下降打包性能

只有當交易的總數量超過緩衝區大小時，txpool纔會認爲有惡意帳戶發起大量交易。pending和queued緩衝區大小不一樣，但處理策略相似：

1. pending的緩衝區容量是4096，當pending的交易數量多於此時，就會運行檢查，每一個帳號的交易數量是否多於16，把這些帳號蒐集出來，進行循環依次清理，什麼意思呢？就是每輪只刪除（移動到queued）這些帳號的每一個帳號1條交易，而後看數量是否降下來了，不知足再進行下一輪，直到知足。
2. queued的緩衝區容量是1024，超過以後清理策略和pending差很少，但這裏但是真刪除了。

該部分功能未抽象成單獨的函數，而是在promoteExecutables()中，就是在每次把queued交易轉移到pending後執行的。

本地交易的特權，txpool雖然對交易有諸多限制，但若是交易是本節點的帳號發起的，以上數量限制等都對他無效。因此，若是你用本節點帳號不停的發送交易，並不會被認爲是攻擊者，你用txpool.status命令，能夠查看到交易的數量，確定能夠大於4096，我曾達到過60000+。

重點關注的源碼

txpool的主要設計上面就講完了，若是你想把txpool的代碼閱讀一番，我建議你重點關注一下這些函數和變量，按圖索驥能就徹底掌握txpool的實現。

• TxPoolConfig：txpool的配置參數
• chainHeadCh：txpool訂閱了新區塊事件
• pending：pending的交易，每一個帳號都有一個交易列表
• queue：queued的交易，每一個帳號都有一個交易列表
• loop：txpool的事件處理函數
• addTx：添加1條交易的源頭，你能找到相似的函數
• promoteExecutables：queued交易移動到pending
• reset：根據當前區塊的最新高度，重置txpool中的交易

仔細閱讀一遍，你會發現txpool會涉及多個鎖（TxPool.mu, TxPool.all, TxPool.priced.all），因此當txpool中的交易不少時，它的性能是很低的，這也會影響到區塊的打包。

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