Ethereum挖矿流程

本文主要梳理eth挖矿的代码流程结构。

miners

global.png

geth的挖矿逻辑都由miner.Miner结构管理，在程序启动时，miner主要启动了5个核心协程并行处理挖矿逻辑，其中挖矿worker负责维护4个最关键协程。

协程1. newWorkLoop

work ch.png

该协程负责周期性地提交新的挖矿任务。当程序启动或者区块同步完成，或者新区块挖掘完毕，miner.start()方法会被调用，则startCh通道激活，此时协程清理过期的挖矿任务，构建新的挖矿任务并投递到新任务通道newWorkCh，等待挖矿执行。

协程2. mainLoop

挖矿的主要逻辑都位于该协程。

该协程监听newWorkCh通道，接收到新挖矿请求后，开始挖矿。挖矿的逻辑位于commitNewWork函数内，如下图所示，首先准备区块头，调用共识引擎engine.Prepare准备共识信息，目前的共识使用了PoW共识算法，主要是为区块头计算出本次需要满足的区块PoW难度并写入到区块头；然后再讲收集到达叔区块引入，注意，以太坊最多只能引用2个叔区块，此外，优先引用本地叔区块再引入远端叔区块；然后开始执行收集到pending队列里的交易，也是本地优先远端执行；最后，进行交易后处理，这里也是调用共识引擎engine.Finalize实现，主要功能是计算矿工奖励；最后把封装好的区块投递到taskCh通道等待挖矿计算验证。

commitNewWork.png

同时还监听chainSideCh通道，再检测到叔区块后，如果当前正在挖矿就提交新的叔区块并重新挖矿。

在监听txsCh通道时，收到新交易后，如果当前正在挖矿，则执行新交易并重新挖矿，否则直接触发一次新挖矿。

该协程主要都是收集不同信息(交易，叔区块)并封装区块，投递到任务通道准备共识计算。

task ch.png

另外，这里有个问题，如果前面一个共识计算正在进行中，此时收到新交易或新uncle则立刻进行新的区块，而这两次计算都是针对同一区块(高度)，这样岂不是必然有一次计算浪费？

协程3. taskLoop

这一步是挖矿的核心，然而从流程上却是最简单的，就是从taskCh获取封装好的区块，进行共识计算，并将成功的结果投递到resultCh。

result ch.png

协程4. resultLoop

区块挖出来之后.png

该协程将达成共识的区块(即成功挖出的区块)写入DB,并且向周边p2p节点广播NewMinedBlockEvent，然后触发链变更事件(ChainEvent+ChainHeadEvent或ChainSideEvent)，最后将区块插入待确认区块集合。

  1. 为什么resultLoop变更链事件触发有两种情况(ChainEvent+ChainHeadEvent)或(ChainSideEvent) ?

这是因为写入DB时，会进行链分叉判断，如果当前写入的链难度低，说明需要进行链重组，则次数会导致触发ChainSideEvent事件。

另外，注意如果发生链重组，则会从删除旧链的交易:

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// reorgs takes two blocks, an old chain and a new chain and will reconstruct the blocks and inserts them
// to be part of the new canonical chain and accumulates potential missing transactions and post an
// event about them
func (bc *BlockChain) reorg(oldBlock, newBlock *types.Block) error {
    // .......
	for _, tx := range diff {
		rawdb.DeleteTxLookupEntry(batch, tx.Hash())
	}
    // ......
}

那么删除的交易再什么时候被重新打包的呢？答案是，txpool监听了ChainHeadEvent事件，当接收到新区块时，会进行分叉判断，再此时会将之前删除的交易重新放入交易池等待打包

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// reset retrieves the current state of the blockchain and ensures the content
// of the transaction pool is valid with regard to the chain state.
func (pool *TxPool) reset(oldHead, newHead *types.Header) {
	// If we're reorging an old state, reinject all dropped transactions
	var reinject types.Transactions
    // ....
	// Inject any transactions discarded due to reorgs
	log.Debug("Reinjecting stale transactions", "count", len(reinject))
	senderCacher.recover(pool.signer, reinject)
	pool.addTxsLocked(reinject, false)
    // ...
}
  1. 区块什么时候从unconfirmed集合移除?

答案是插入即确认，这个队列时环形的，并且矿工在创建unconfirmed队列会指定长度，这个长度即确认高度，当超过这个高度的区块被插入，自然就有最早的区块被移除，达到天然确认的目的。

协程5. update

该协程主要保证区块同步和挖矿互斥进行，即同步区块时暂停挖矿，同步完毕启动挖矿。

blockchain
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