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。

fastSync规定了同步的模式；
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；
SubProtocols中是以太坊的通讯协议，通常只有一个值，即eth63。
downloader是一个下载器，用于主动从远程节点中获取hashes和blocks。
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）

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。
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。
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"。
txsyncLoop：把新的交易均匀的同步给网路节点。

广播的情形

minedBroadcastLoop()监听到新区块事件后，把新区块和区块hash分别广播出去；
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；
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

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。

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。

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。

接下来就是重点分析AsyncSendNewBlock和AsyncSendNewBlockHash两个函数了。

AsyncSendNewBlock

发送块到需要广播的节点的广播队列中

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。

在eth/peer.go中，有个专门处理广播的循环brodcast

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",block.Number(),block.Hash())

		case <-p.term:
			return
		}
	}
}

广播新块到远程节点

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NewBlockMsg，msgcode为0x07,同时数据会被RLP编码。

p.knownBlocks.Add(block.Hash())
	for p.knownBlocks.Cardinality() >= maxKnownBlocks {
		p.knownBlocks.Pop()
	}
	return p2p.Send(p.rw,NewBlockMsg,[]interface{}{block,td})

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

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

②：异步发送交易给这些节点

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）

case p.queuedTxs <- txs:
		for _,tx := range txs {
			p.knownTxs.Add(tx.Hash())
		}
		for p.knownTxs.Cardinality() >= maxKnownTxs {
			p.knownTxs.Pop()
		}

	case txs := <-p.queuedTxs:
			if err := p.SendTransactions(txs); err != nil {
				return
			}

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。

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

死磕以太坊源码分析之区块和交易广播

ProtocolManager详解

广播的情形

广播区块及区块哈希

AsyncSendNewBlock

AsyncSendNewBlockHash

广播交易

消息处理（handleMsg）

参考

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