作者：Derek
简介
Github地址：https://github.com/Bytom/bytom
Gitee地址：https://gitee.com/BytomBlockchain/bytom
本章介绍bytom代码孤块管理
孤块介绍
什么是孤块
当节点收到了一个有效的区块，而在现有的主链中却未找到它的父区块，那么这个区块被认为是“孤块”。父区块是指当前区块的PreviousBlockHash字段指向上一区块的hash值。
接收到的孤块会被存储在孤块池中，直到它们的父区块被节点收到。一旦收到了父区块，节点就会将孤块从孤块池中取出，并且连接到它的父区块，让它作为区块链的一部分。
孤块出现的原因
当两个或多个区块在很短的时间间隔内被挖出来，节点有可能会以不同的顺序接收到它们，这个时候孤块现象就会出现。
我们假设有三个高度分别为100、101、102的块，分别以102、101、100的颠倒顺序被节点接收。此时节点将102、101放入到孤块管理缓存池中，等待彼此的父块。当高度为100的区块被同步进来时，会被验证区块和交易，然后存储到区块链上。这时会对孤块缓存池进行递归查询，根据高度为100的区块找到101的区块并存储到区块链上，再根据高度为101的区块找到102的区块并存储到区块链上。
孤块源码分析
孤块管理缓存池结构体
protocol/orphan_manage.go
type OrphanManage struct {
orphan map[bc.Hash]*types.Block
prevOrphans map[bc.Hash][]*bc.Hash
mtx sync.RWMutex
}
func NewOrphanManage() *OrphanManage {
return &OrphanManage{
orphan: make(map[bc.Hash]*types.Block),
prevOrphans: make(map[bc.Hash][]*bc.Hash),
}
}
- orphan 存储孤块，key为block hash，value为block结构体
- prevOrphans 存储孤块的父块
- mtx 互斥锁，保护map结构在多并发读写状态下保持数据一致
添加孤块到缓存池
func (o *OrphanManage) Add(block *types.Block) {
blockHash := block.Hash()
o.mtx.Lock()
defer o.mtx.Unlock()
if _, ok := o.orphan[blockHash]; ok {
return
}
o.orphan[blockHash] = block
o.prevOrphans[block.PreviousBlockHash] = append(o.prevOrphans[block.PreviousBlockHash], &blockHash)
log.WithFields(log.Fields{"hash": blockHash.String(), "height": block.Height}).Info("add block to orphan")
}
当一个孤块被添加到缓存池中，还需要记录该孤块的父块hash。用于父块hash的查询
查询孤块和父孤块
func (o *OrphanManage) Get(hash *bc.Hash) (*types.Block, bool) {
o.mtx.RLock()
block, ok := o.orphan[*hash]
o.mtx.RUnlock()
return block, ok
}
func (o *OrphanManage) GetPrevOrphans(hash *bc.Hash) ([]*bc.Hash, bool) {
o.mtx.RLock()
prevOrphans, ok := o.prevOrphans[*hash]
o.mtx.RUnlock()
return prevOrphans, ok
}
删除孤块
func (o *OrphanManage) Delete(hash *bc.Hash) {
o.mtx.Lock()
defer o.mtx.Unlock()
block, ok := o.orphan[*hash]
if !ok {
return
}
delete(o.orphan, *hash)
prevOrphans, ok := o.prevOrphans[block.PreviousBlockHash]
if !ok || len(prevOrphans) == 1 {
delete(o.prevOrphans, block.PreviousBlockHash)
return
}
for i, preOrphan := range prevOrphans {
if preOrphan == hash {
o.prevOrphans[block.PreviousBlockHash] = append(prevOrphans[:i], prevOrphans[i+1:]...)
return
}
}
}
删除孤块的过程中，同时删除父块
孤块处理逻辑
protocol/block.go
func (c *Chain) processBlock(block *types.Block) (bool, error) {
blockHash := block.Hash()
if c.BlockExist(&blockHash) {
log.WithFields(log.Fields{"hash": blockHash.String(), "height": block.Height}).Info("block has been processed")
return c.orphanManage.BlockExist(&blockHash), nil
}
if parent := c.index.GetNode(&block.PreviousBlockHash); parent == nil {
c.orphanManage.Add(block)
return true, nil
}
if err := c.saveBlock(block); err != nil {
return false, err
}
bestBlock := c.saveSubBlock(block)
// ...
}
processBlock函数处理block块加入区块链上之前的过程。
c.BlockExist判断当前block块是否存在于区块链上或是否存在孤块缓存池中，如果存在则返回。
c.index.GetNode判断block块的父节点是否存在。如果在现有的主链中却未找到它的父区块则将block块添加到孤块缓存池。
c.saveBlock走到了这一步说明，block父节点是存在于区块链，则将block块存储到区块链。该函数会验证区块和交易有效性。
saveSubBlock 代码如下：
func (c *Chain) saveSubBlock(block *types.Block) *types.Block {
blockHash := block.Hash()
prevOrphans, ok := c.orphanManage.GetPrevOrphans(&blockHash)
if !ok {
return block
}
bestBlock := block
for _, prevOrphan := range prevOrphans {
orphanBlock, ok := c.orphanManage.Get(prevOrphan)
if !ok {
log.WithFields(log.Fields{"hash": prevOrphan.String()}).Warning("saveSubBlock fail to get block from orphanManage")
continue
}
if err := c.saveBlock(orphanBlock); err != nil {
log.WithFields(log.Fields{"hash": prevOrphan.String(), "height": orphanBlock.Height}).Warning("saveSubBlock fail to save block")
continue
}
if subBestBlock := c.saveSubBlock(orphanBlock); subBestBlock.Height > bestBlock.Height {
bestBlock = subBestBlock
}
}
return bestBlock
}
saveSubBlock 在孤块缓存池中查询是否存在当前区块的下一个区块。比如当前区块高度为100，则在孤块缓存池中查询是否有区块高度为101的区块。如果存在则将101区块存储到区块链并从孤块缓存池中删除该区块。
saveSubBlock是一个递归函数的实现。目的是为了寻找最深叶子节点的递归方式。比如当前区块高度为100的，递归查询出高度为99、98、97等高度的区块。