硬核解讀 | 一篇文章看透百度XuperChain系統架構

時間 2020-02-06

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本期「百度超級鏈學院」邀請來資深研發工程師，爲各位開發者帶來超硬核解讀，揭祕百度XuperChain系統架構究竟是怎樣的！git

背景

百度XuperChain在2019年5月底正式宣佈開源。在開源後很快得到了開發者、區塊鏈媒體的普遍關注。XuperChain是百度自主研發的區塊鏈系統，在開源到Github後仍然在活躍地升級代碼，前後發佈了V3.一、V3.2兩個版本。其中有10%的代碼是由外部開發者貢獻的。github

當前，國內外的區塊鏈系統多如過江之卿。對於區塊鏈開發者而言，如何選擇一個區塊鏈系統持續地深耕是一個難題。在項目選型過程當中有不少問題要考慮，例如，功能是否完備，性能是否知足業務壓力，開發過程當中遇到問題可否得到有效的支持？百度超級鏈目前已經經過工信部電子一所的標準測試，在功能、安全、性能三方面都遠超過同類產品。超級鏈也創建了活躍的開發者微信羣，愈來愈多的開發者正在學習超級鏈，用超級鏈落地本身的項目。算法

本文將闡述百度超級鏈的架構體系，對其獨特的關鍵技術進行簡要的分析，讀者將大致瞭解到超級鏈爲何能實現高性能，架構上如何作到的可插拔等等。後續咱們還會推出系列文章，對各個知識點進行抽絲剝繭的講解。安全

系統架構

系統架構通常而言，區塊鏈系統都是有三大件：分佈式帳本、合約引擎、共識處理器。性能優化

分佈式帳本解決的是數據的存儲問題，例如數據怎麼持久化到存儲介質，數據怎麼組織，數據的校驗、更新、查詢等。合約引擎解決的是計算問題，可以將數據和合約字節碼從帳本加載到虛擬機，進行運算以後，將產生的數據變動再寫入到帳本。微信

共識處理器解決的是一致性問題，由於區塊鏈是個P2P的網絡集羣，傳輸有延遲、不穩定、節點做惡等因素。最終須要經過共識處理器保障：集羣中的全部節點的存儲的數據是一致的，計算結果也是一致的。網絡

圖1. 簡化的超級鏈架構示意圖架構

高性能關鍵技術

在超級鏈的架構設計中，這三大件都具有可插拔能力。在合約引擎中，經過抽象的虛擬機接口設計，使得能夠集成各類豐富的虛擬機，例如：XVM、Wavm、SolidityVM（未開源）等等。併發

在分佈式帳本中，咱們設計了高併發的事務管理模型XuperModel，而且經過抽象的Key-Value接口設計，使得能夠能集成各類底層存儲引擎，例如：Leveldb、Baddger、Rocksdb，只要實現了Put、Get、Iterator等接口，就能夠將第三方的存儲引擎集成進來。分佈式

在共識處理器中，經過抽象的Consensus接口設計，使得能夠集成各類豐富的共識算法。超級鏈已經開源的主要是TDPos和Pow兩種共識算法。開發者徹底能夠根據本身的須要開發本身的共識算法集成進來。

圖2. 百度超級鏈架構圖

超級鏈的性能優化主要是從兩個方面着手，一個是立體網絡、一個是鏈內並行。

立體網絡，簡單來講是經過一條Root鏈派生出N個平行鏈，這N個平行鏈是按照業務來劃分，使得交易充分地並行。某些必要狀況下要經過Root鏈的哈希錨定實現跨鏈。另外，還有可迴歸側鏈技術，動態地fork生成側鏈，完成一段時間的計算運行後，釋放側鏈。立體網絡技術暫時沒有開源。

鏈內並行，指的是單鏈狀況下的性能優化技術。提升單鏈的性能主要從兩個方面：加快出塊速度和穩定性、交易驗證充分並行。

一方面，超級鏈採用了TDPOS共識，優化了出塊時間片調度機制，可以穩定快速出塊。另外一方面，超級鏈採用獨有的XuperModel模型，使得交易的驗證充分地並行化。這種模型是從經典的UTXO模型發展而來的，將智能合約的執行分爲兩個不一樣的階段：預執行階段和提交階段，並經過相似於MVCC的機制避免總體加鎖，不一樣於通常的讀寫集機制，超級鏈中交易的讀集引用不須要綁定區塊高度，未確認交易的輸出也可被引用，進一步提高了性能測試的總體吞吐。

此外，在工程實現方面也作了大量的優化。好比底層KV存儲支持多盤存儲避免IO瓶頸，經過內存Cache下降訪盤開銷，經過線程避讓機制保障準時出塊等等。

社區建設

超級鏈的代碼開源在https://github.com/xuperchain，目前每週的開發進展都會同步給社區。咱們也歡迎你們提交代碼，在Github上給出了Issue和 Pull Request的發起模板。到目前爲止，外部開發者提交的Commit數量佔到了10%。咱們的社區建設目標是逐步提高這個比例，使超級鏈真正成爲一個開放共建的生態。

爲了方便你們反饋問題、及時地解答疑惑，咱們也創建了微信羣（見文末），羣中有值班的工程師會7*24小時爲開發者服務。