以太坊工做原理之txpool詳解

txpool詳解

交易池txpool做爲區塊鏈系統的重要組成部分，對系統的安全性和穩定性具備重要做用。功能可概括爲：交易緩存、交易驗證和交易過濾。

基本介紹

交易分類和緩存

txpool主要包含兩個重要的緩衝區：pending和queue。交易在進行打包驗證和p2p廣播前，首先要經過txpool來進行層層驗證，驗證過的交易會被換存在pending和queue中，等待進一步處理。

圖1: peding和queue緩衝區

其中，換存在pending中的交易可被當即處理並打包，queue中的交易是nonce-gap交易，當nonce-gap消除後，會被遷移到pending緩存中。

事件處理

交易池在符合條件下，會處理如下事件：

• report：統計交易池中pending和queue中交易數量（default 8s）
• evict：交易失效檢查事件（1min），從queue中剔除3個小時前的交易，（相似掛單，超時刪除）
• journal：本地交易日誌（緩存pending和queue隊列中屬於本地的交易，白名單交易，默認存儲於transactions.rlp)
• chainHeadEvent：收到新塊後交易池的處理，調用reset

核心功能

交易池狀態重置

1. 啓動
2. 收到新塊～
   

圖2: 緩衝區狀態重置

啓動時，從本地獲取當前區塊狀態，設置pending和queue緩衝，設置txpool狀態db；收到合法塊的時候，重置交易池狀態到新塊root，調整pending和queue緩衝區以對應新的區塊高度。
注：eth按照td最大做爲最長鏈，在交易池重置狀態時須要計算old鏈與new鏈中交易的差集，並從新進行廣播，從新打包。

交易入池

1. p2p網絡
2. 本地節點
   

圖3: 交易入池和檢查

交易的來源包括p2p廣播和本地節點rpc接收。當txpool接收到交易後，會對每筆交易進行一連串嚴格的檢查，包括：

餘額
nonce
交易Gas
簽名
交易大小
交易value，等等

交易的升級和降級

1. Queue —> Pending
2. Pending —> Queue
   

圖4: 交易升級和降級

pending和queue兩個緩衝區的交易是動態調整的，好比當因爲刪除了某筆交易形成較大nonce從可執行狀態變爲不可執行狀態，會致使pending中的交易遷移到queue中；當因爲新添加交易消除了queue中nonce-gap交易時，queue中緩存的部分交易會遷移到pending中，變爲可執行狀態。

緩衝區溢出及處理

在txpool中，緩衝區不是無限的，受限於硬件設備以及出於安全性考慮，pending和queue所容納的交易量經過一組參數/閾值進行限制：AccountSlots、GlobalSlots、AccountQueue和GlobalQueue。 其中，前兩個與pending緩衝區有關，後兩個用來限制queue緩衝區大小。
緩衝區溢出（交易超過閾值）的三種狀況：

1. all溢出， Count(all) > GlobalSlots + GlobalQueue
2. pending溢出, Count(pending) > GlobalSlots
3. queue溢出, Count(queue) > GlobalQueue

第一種狀況原由通常是有新的交易入池，後兩種狀況原由除了新交易入池外，還有多是刪除交易或交易替換引發的二者之間的動態調整。
對應的處理策略：

1. all溢出。新交易若是是Unpriced，拒絕；不然刪除舊交易，插入新交易
2. pending溢出。創建一個關於帳戶交易數的優先隊列，對超過交易數限額AccountSlots的帳戶進行懲罰，按照圖5所示策略剔除交易，下降交易池負載
3. queue溢出。刪除滯留在queue中最舊的交易。

圖5. pending溢出交易剔除策略
說明：首先，創建一個超限額帳戶的優先隊列；取出交易最多的兩個帳戶（藍色和紅色），從交易最多的帳戶開始刪除交易，直到與紅色相等，若是pending仍溢出，從優先隊列中取出下一個帳戶（紫色），重複前面的過程。
最後，若是優先隊列爲空，pending仍溢出，那麼按照帳戶的取出順序，每次刪除一筆交易，直到pending內交易量小於GlobalSlots閾值。

交易過濾

1. 超時過濾
2. gas最大過濾，GasLimit
3. gasPrice過濾
4. Local白名單

local交易會被登記入pool.locals，相似一個白名單，添加交易的時候不對gasPrice進行檢查。緩衝區執行交易剔除相關策略時，不刪除在pools.locals中登記帳戶的交易