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  交易池作为区块链系统的重要组成部分,对系统的安全性和稳定性具有重要作用。功能可归纳为:交易缓存、交易验证和交易过滤。

  txpool主要包含两个重要的缓冲区:pending和queue。交易在进行打包验证和p2p广播前,首先要通过txpool来进行层层验证,验证过的交易会被换存在pending和queue中,等待进一步处理。

  

  图1: peding和queue缓冲区

  其中,换存在pending中的交易可被立即处理并打包,queue中的交易是nonce-gap交易,当nonce-gap消除后,会被迁移到pending缓存中。

  交易池在符合条件下,会处理以下事件:

  report:统计交易池中pending和queue中交易数量(default 8s)
evict:交易失效检查事件(1min),从queue中剔除3个小时前的交易,(类似挂单,超时删除)
journal:本地交易日志(缓存pending和queue队列中属于本地的交易,白名单交易,默认存储于transactions.rlp)
chainHeadEvent:收到新块后交易池的处理,调用reset

启动
收到新块~

  

图2: 缓冲区状态重置

  启动时,从本地获取当前区块状态,设置pending和queue缓冲,设置txpool状态db;收到合法块的时候,重置交易池状态到新块root,调整pending和queue缓冲区以对应新的区块高度。

  注:eth按照td最大作为最长链,在交易池重置状态时需要计算old链与new链中交易的差集,并重新进行广播,重新打包。

  p2p网络
本地节点

  

图3: 交易入池和检查

  交易的来源包括p2p广播和本地节点rpc接收。当txpool接收到交易后,会对每笔交易进行一连串严格的检查,包括:

  余额

  nonce

  交易Gas

  签名

  交易大小

  交易value,等等

  Queue —> Pending
Pending —> Queue

  

图4: 交易升级和降级

  pending和queue两个缓冲区的交易是动态调整的,比如当由于删除了某笔交易造成较大nonce从可执行状态变为不可执行状态,会导致pending中的交易迁移到queue中;当由于新添加交易消除了queue中nonce-gap交易时,queue中缓存的部分交易会迁移到pending中,变为可执行状态。

  在txpool中,缓冲区不是无限的,受限于硬件设备以及出于安全性考虑,pending和queue所容纳的交易量通过一组参数/阈值进行限制:、、和。 其中,前两个与pending缓冲区有关,后两个用来限制queue缓冲区大小。

  缓冲区溢出(交易超过阈值)的三种情况:

  all溢出, Count(all) > GlobalSlots + GlobalQueue
pending溢出, Count(pending) > GlobalSlots
queue溢出, Count(queue) > GlobalQueue

第一种情况起因一般是有新的交易入池,后两种情况起因除了新交易入池外,还有可能是删除交易或交易替换引起的两者之间的动态调整。

  对应的处理策略:

  all溢出。新交易如果是Unpriced,拒绝;否则删除旧交易,插入新交易
pending溢出。建立一个关于账户交易数的优先队列,对超过交易数限额的账户进行惩罚,按照图5所示策略剔除交易,降低交易池负载
queue溢出。删除滞留在queue中最旧的交易。

  图5. pending溢出交易剔除策略

  说明:首先,建立一个超限额账户的优先队列;取出交易最多的两个账户(蓝色和红色),从交易最多的账户开始删除交易,直到与红色相等,如果pending仍溢出,从优先队列中取出下一个账户(紫色),重复前面的过程。

  最后,如果优先队列为空,pending仍溢出,那么按照账户的取出顺序,每次删除一笔交易,直到pending内交易量小于阈值。

  超时过滤
gas最大过滤,GasLimit
gasPrice过滤
Local白名单

local交易会被登记入pool.locals,类似一个白名单,添加交易的时候不对gasPrice进行检查。缓冲区执行交易剔除相关策略时,不删除在pools.locals中登记账户的交易

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