FISCO BCOS 2.0原理解析： 分佈式存儲架構設計

FISCO BCOS 2.0新增對分佈式數據存儲的支持，克服了本地化數據存儲的諸多限制。

在FISCO BCOS 1.0中，節點採用MPT數據結構，經過LevelDB將數據存儲於本地，這種模式受限於本地磁盤大小，當業務量增大時數據會急劇膨脹，要進行數據遷移也很是複雜，給數據存儲帶來較大的成本和維護難度。

爲了突破性能的瓶頸，咱們在FISCO BCOS 2.0中，對底層的存儲進行了從新設計，實現了分佈式存儲，使用不一樣於MPT的方式來實現追溯，帶來了性能上的提高。

先誇誇分佈式存儲方案的優勢：

• 支持多種存儲引擎，選用高可用的分佈式存儲系統，能夠支持數據簡便快速地擴容；

• 將計算和數據隔離，節點故障不會致使數據異常；

• 數據在遠端存儲，數據能夠在更安全的隔離區存儲，這在不少場景中很是有意義；

• 分佈式存儲不只支持Key-Value形式，還支持SQL方式，使得業務開發更爲簡便；

• 世界狀態的存儲從原來的MPT存儲結構轉爲分佈式存儲，避免了世界狀態急劇膨脹致使性能降低的問題；

• 優化了數據存儲的結構，更節約存儲空間。

 

從MPT存儲到分佈式存儲

 

MPT存儲

MPT(Merkle Paricia Trie)，來自以太坊，對外接口爲Key-Value，使用前綴樹來存儲數據，是FISCO BCOS 1.0的存儲模式。

MPT是前綴樹結構，樹中的每一個葉子節點容許有最多16個子葉子節點，葉子節點有一個HASH字段，由該葉子的全部子葉子節點HASH運算得出。樹根有惟一的HASH值，標識整棵樹的HASH。

以太坊的全局狀態數據，保存在MPT樹中，狀態數據由帳號組成。帳號在MPT中是一個葉子節點，帳號數據包括Nonce、Balance、CodeHash和StorageRoot。任意一個帳號字段發生變化時，會致使該帳號所在的葉子的HASH發生變化，從該葉子直到頂部的全部葉子的HASH都會變化，最後致使頂部的StateRoot變化。

因而可知，任何帳戶的任意字段變化，都會致使StateRoot的變化，StateRoot能惟一標識以太坊的全局狀態。

MPT能夠實現輕客戶端和數據追溯，經過StateRoot能夠查詢到區塊的狀態。

MPT帶來了大量HASH的計算，打散了底層數據存儲的連續性。在性能方面，MPT State存在着自然的劣勢。

能夠說，MPT State追求極致的可證實性和可追溯性，對性能和可擴展性作了必定的妥協。

 

分佈式存儲

FISCO BCOS 2.0在保持存儲接口兼容性的同時，引入了高擴展性、高吞吐量、高可用、高性能的分佈式存儲。

分佈式存儲(Advanced Mass Database，AMDB)：從新抽象了區塊鏈的底層存儲模型，實現了類SQL的抽象存儲接口，支持多種後端數據庫，包括KV數據庫和關係型數據庫。 

引入了分佈式存儲後，數據讀寫請求不通過MPT，直接訪問存儲，結合緩存機制，存儲性能相比基於MPT的存儲有大幅提高。MPT數據結構仍然保留，僅作爲可選方案。

分佈式存儲支持MySQL等關係型數據庫，支持MySQL集羣、分庫分表等平行擴展方式，理論上存儲容量無限。

 

分佈式存儲架構

State層（State）

抽象了智能合約的存儲訪問接口，由EVM調用，分爲StorageState和MPTState。StorageState爲分佈式存儲的適配層，MPTState爲老的MPT適配層，FISCO BCOS默認使用StorageState。

分佈式存儲層（Table）

抽象了分佈式存儲的類SQL接口，由State層和Precompiled調用。分佈式存儲層抽象了存儲的增刪改查接口，把區塊鏈的核心數據分類存儲到不一樣的表中。

驅動層（Storage）

實現具體的數據庫訪問邏輯，包括LevelDB和MySQL。

 

分佈式存儲名詞解釋

Table

存儲表中的全部數據。Table中存儲分佈式存儲主key到對應Entries的映射，能夠基於分佈式存儲主key進行增刪改查，支持條件篩選。

Entries

Entries中存放主Key相同的Entry，數組。分佈式存儲的主Key與Mysql中的主key不一樣，分佈式存儲主key用於標示Entry屬於哪一個key，相同key的Entry會存放在同一個Entries中。

Entry

對應於表中的一行，每行以列名做爲key，對應的值做爲value，構成KV結構。每一個Entry擁有本身的分佈式存儲主key，不一樣Entry容許擁有相同的分佈式存儲主key。

Condition

Table中的「刪改查」接口可傳入條件，支持「等於」「大於」「小於」等過濾邏輯，接口根據條件對數據進行篩選後進行相應操做，返回結果數據。若是條件爲空，則不作任何篩選。

 

舉例

以某公司員工領用物資登記表爲例，解釋上述名詞

• 表中Name是分佈式存儲主key。

• 表中的每一行爲一個Entry。一共有4個Entry，每一個Entry有三個字段。

• Table中以Name爲主key，存有3個Entries對象。第1個Entries中存有Alice的2條記錄，第2個Entries中存有Bob的1條記錄，第3個Entries中存有Chris的一條記錄。

• 調用Table類的查詢接口時，查接口須要指定分佈式存儲主key和條件，設置查詢的分佈式存儲主key爲Alice，條件爲price > 40，會查詢出Entry1。

 

分佈式存儲表分類

表中的全部entry，都會有_status_,_num_,_hash_內置字段。

 

系統表

系統表默認存在，由存儲驅動保證系統表的建立。

用戶表

用戶CRUD合約所建立的表，以_user_<TableName>爲表名，底層自動添加_user_前綴。

StorageState帳戶表

_contract_data_+Address+_做爲表名。表中存儲外部帳戶相關信息。表結構以下：

 

總結

FISCO BCOS發佈至今，歷經大量真實業務實踐。分佈式存儲在持續改進的過程當中，總結出適合於金融業務、高性能、高可用性和高可擴展的存儲模型，架構愈發穩定成熟，將來分佈式存儲將繼續做爲區塊鏈系統的基石，支持區塊鏈系統的發展。

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