作者：Derek

簡介

本章介紹bytom程式碼孤塊管理

作者使用MacOS作業系統，其他平臺也大同小異

Golang Version: 1.8

孤塊介紹

什麼是孤塊

當節點收到了一個有效的區塊，而在現有的主鏈中卻未找到它的父區塊，那麼這個區塊被認為是“孤塊”。父區塊是指當前區塊的PreviousBlockHash欄位指向上一區塊的hash值。

接收到的孤塊會被儲存在孤塊池中，直到它們的父區塊被節點收到。一旦收到了父區塊，節點就會將孤塊從孤塊池中取出，並且連線到它的父區塊，讓它作為區塊鏈的一部分。

孤塊出現的原因

當兩個或多個區塊在很短的時間間隔內被挖出來，節點有可能會以不同的順序接收到它們，這個時候孤塊現象就會出現。

我們假設有三個高度分別為100、101、102的塊，分別以102、101、100的顛倒順序被節點接收。此時節點將102、101放入到孤塊管理快取池中，等待彼此的父塊。當高度為100的區塊被同步進來時，會被驗證區塊和交易，然後儲存到區塊鏈上。這時會對孤塊快取池進行遞迴查詢，根據高度為100的區塊找到101的區塊並存儲到區塊鏈上，再根據高度為101的區塊找到102的區塊並存儲到區塊鏈上。

孤塊原始碼分析

孤塊管理快取池結構體

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 儲存孤塊，key為block hash，value為block結構體
• prevOrphans 儲存孤塊的父塊
• mtx 互斥鎖，保護map結構在多併發讀寫狀態下保持資料一致

新增孤塊到快取池

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")
}

當一個孤塊被新增到快取池中，還需要記錄該孤塊的父塊hash。用於父塊hash的查詢

查詢孤塊和父孤塊

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
}

刪除孤塊

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
        }
    }
}

刪除孤塊的過程中，同時刪除父塊

孤塊處理邏輯

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函式處理block塊加入區塊鏈上之前的過程。

c.BlockExist判斷當前block塊是否存在於區塊鏈上或是否存在孤塊快取池中，如果存在則返回。

c.index.GetNode判斷block塊的父節點是否存在。如果在現有的主鏈中卻未找到它的父區塊則將block塊新增到孤塊快取池。

c.saveBlock走到了這一步說明，block父節點是存在於區塊鏈，則將block塊儲存到區塊鏈。該函式會驗證區塊和交易有效性。

saveSubBlock 程式碼如下：

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 在孤塊快取池中查詢是否存在當前區塊的下一個區塊。比如當前區塊高度為100，則在孤塊快取池中查詢是否有區塊高度為101的區塊。如果存在則將101區塊儲存到區塊鏈並從孤塊快取池中刪除該區塊。

saveSubBlock是一個遞迴函式的實現。目的是為了尋找最深葉子節點的遞迴方式。比如當前區塊高度為100的，遞迴查詢出高度為99、98、97等高度的區塊。