如何进行go-ethereum区块存储的源码剖析

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区块和交易等数据最终都是存储在leveldb数据库中的，数据库的存储位置在datadir/geth/chaindata中，本文介绍区块和交易在leveldb中的存储格式。在core/database_util.go中封装了所有与区块存储和读取相关的代码，通过这些代码可以弄清楚区块、交易等数据结构在数据库中是如何存储的。

区块存储

leveldb是一个key-value数据库，所有数据都是以键-值对的形式存储。key一般与hash相关，value一般是要存储的数据结构的RLP编码。区块存储时将区块头和区块体分开存储。

区块头的存储格式为：

headerPrefix + num (uint64 big endian) + hash -> rlpEncode(header)

其中key由区块头前缀、区块号（uint64大端格式）、区块hash构成，value是区块头的RLP编码。

区块体的存储格式为：

bodyPrefix + num (uint64 big endian) + hash -> rlpEncode(block body)

其中key由区块体前缀、区块号（uint64大端格式）、区块hash构成，value是区块体的RLP编码。

key中的前缀可以用来区分数据的类型，在core/database_util.go中定义了各种前缀：

headerPrefix        = []byte("h")   // headerPrefix + num (uint64 big endian) + hash -> headertdSuffix            = []byte("t")   // headerPrefix + num (uint64 big endian) + hash + tdSuffix -> tdnumSuffix           = []byte("n")   // headerPrefix + num (uint64 big endian) + numSuffix -> hashblockHashPrefix     = []byte("H")   // blockHashPrefix + hash -> num (uint64 big endian)bodyPrefix          = []byte("b")   // bodyPrefix + num (uint64 big endian) + hash -> block body

其中headerPrefix定义了区块头key的前缀为h，bodyPrefix定义了区块体key的前缀为b。

下面是存储区块头的函数：

// WriteHeader serializes a block header into the database.func WriteHeader(db ethdb.Database, header *types.Header) error {        data, err := rlp.EncodeToBytes(header)        if err != nil {                return err        }        hash := header.Hash().Bytes()        num := header.Number.Uint64()        encNum := encodeBlockNumber(num)        key := append(blockHashPrefix, hash...)        if err := db.Put(key, encNum); err != nil {                glog.Fatalf("failed to store hash to number mapping into database: %v", err)        }        key = append(append(headerPrefix, encNum...), hash...)        if err := db.Put(key, data); err != nil {                glog.Fatalf("failed to store header into database: %v", err)        }        glog.V(logger.Debug).Infof("stored header #%v [%x…]", header.Number, hash[:4])        return nil}

它是先对区块头进行RLP编码，encodeBlockNumber将区块号转换成大端格式，然后组装key。这里先向数据库中存储一条 区块hash->区块号 的记录，最后将区块头的RLP编码写到数据库中。

下面是存储区块体的函数：

// WriteBody serializes the body of a block into the database.func WriteBody(db ethdb.Database, hash common.Hash, number uint64, body *types.Body) error {        data, err := rlp.EncodeToBytes(body)        if err != nil {                return err        }        return WriteBodyRLP(db, hash, number, data)}// WriteBodyRLP writes a serialized body of a block into the database.func WriteBodyRLP(db ethdb.Database, hash common.Hash, number uint64, rlp rlp.RawValue) error {        key := append(append(bodyPrefix, encodeBlockNumber(number)...), hash.Bytes()...)        if err := db.Put(key, rlp); err != nil {                glog.Fatalf("failed to store block body into database: %v", err)        }        glog.V(logger.Debug).Infof("stored block body [%x…]", hash.Bytes()[:4])        return nil}

WriteBody先对区块体进行RLP编码，然后调用WriteBodyRLP将区块体的RLP编码写到数据库中。WriteBodyRLP根据上面的规则组装key，然后向数据库中写入一条记录。

还有一个WriteBlock函数分别调用WriteBody和WriteHeader将区块写到数据库中。此外还有GetHeader GetBody GetBlock函数用于从数据库中读取区块。

交易存储

除了区块外，数据库中还存储了所有的交易，每条交易的存储格式如下：

txHash -> rlpEncode(tx)txHash + txMetaSuffix -> rlpEncode(txMeta)

每条交易对应存储两条数据，一条是交易本身，一条是交易的元信息（meta）。交易以交易的hash为key、交易的RLP编码为value存储；元信息以txHash+txMetaSuffix为key、元信息的RLP编码为value存储。元信息中包含交易所在区块的区块hash、区块号、交易在区块中的索引。具体可以看WriteTransactions函数：

// WriteTransactions stores the transactions associated with a specific block// into the given database. Beside writing the transaction, the function also// stores a metadata entry along with the transaction, detailing the position// of this within the blockchain.func WriteTransactions(db ethdb.Database, block *types.Block) error {        batch := db.NewBatch()        // Iterate over each transaction and encode it with its metadata        for i, tx := range block.Transactions() {                // Encode and queue up the transaction for storage                data, err := rlp.EncodeToBytes(tx)                if err != nil {                        return err                }                if err := batch.Put(tx.Hash().Bytes(), data); err != nil {                        return err                }                // Encode and queue up the transaction metadata for storage                meta := struct {                        BlockHash  common.Hash                        BlockIndex uint64                        Index      uint64                }{                        BlockHash:  block.Hash(),                        BlockIndex: block.NumberU64(),                        Index:      uint64(i),                }                data, err = rlp.EncodeToBytes(meta)                if err != nil {                        return err                }                if err := batch.Put(append(tx.Hash().Bytes(), txMetaSuffix...), data); err != nil {                        return err                }        }        // Write the scheduled data into the database        if err := batch.Write(); err != nil {                glog.Fatalf("failed to store transactions into database: %v", err)        }        return nil}

此外还有GetTransaction函数，根据交易hash从数据库中读取交易，它返回对应的交易、交易所在区块的区块hash、交易所在区块的区块号、交易在区块中的索引。

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