区块链由业余爱好开始转向正式工作，进而可以全身心的学习，努力不能停止。。。。
前面曾经分析学习过以太坊c++版本的代码，现在开始go语言版本的学习，虽然白皮书是同一份，实现的架构，原理相同，但是go语言跟c++版本实现流程还是很不一样的，刚刚接触go语言，借此机会学习下源码，熟悉下go语言
老习惯，学习一个新系统，总想着在脑中先搭建起一个整体的框架（当然初期，这个框架也是不完整的），形成一条主线，后面再分模块学习，再融合，再调整框架，最终丰富起整个系统的实现。
先有一个印象再脑中：
创建一个节点，整个节点是个组装者，他提供了service的接口，其他模块实现接口（例如ethereum），然后他在将相关模块进行组合。
好，开始。
目录
1. 系统入口
【文件位置】cmd/geth/main.go
func main() {
if err := app.Run(os.Args); err != nil {
fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
os.Exit(1)
}
}这里看着代码很简单，但是又很迷糊，直接Run的哪里呢？因为go语言执行特性，会先执行每个包中init()函数
这里又使用了cli框架 https://github.com/urfave/cli/tree/v2 在init()里面配置了action, command, flags, befer, after等，
然后action才是真正的入口
这里的三个函数 makeFullNode startNode node.Wait 是启动了整个系统
2. 总入口之makeFullNode
因为首先想着搭建一个框架印象出来，所以很多代码细节没有详细深入，待后续继续分析
func makeFullNode(ctx *cli.Context) *node.Node {
stack, cfg := makeConfigNode(ctx)
RegisterEthService(stack, &cfg.Eth)
if ctx.GlobalBool(utils.DashboardEnabledFlag.Name) {
utils.RegisterDashboardService(stack, &cfg.Dashboard, gitCommit)
}
// Whisper must be explicitly enabled by specifying at least 1 whisper flag or in dev mode
......
utils.RegisterShhService(stack, &cfg.Shh)
// Add the Ethereum Stats daemon if requested.
if cfg.Ethstats.URL != "" {
utils.RegisterEthStatsService(stack, cfg.Ethstats.URL)
}
return stack
}这里的工作就是配置了一个node，把配置中的eth, dashboard, ssh ethstats 服务注册进去，这里服务注册有很重要的细节，主要看下eth的服务注册过程
【文件位置】cmd/utils/flags.go
// RegisterEthService adds an Ethereum client to the stack（node）.
func RegisterEthService(stack *node.Node, cfg *eth.Config) {
var err error
// 这里是将服务的构造函数最为回调注册给了node
if cfg.SyncMode == downloader.LightSync {
err = stack.Register(func(ctx *node.ServiceContext) (node.Service, error) {
return les.New(ctx, cfg)
})
} else {
err = stack.Register(func(ctx *node.ServiceContext) (node.Service, error) {
fullNode, err := eth.New(ctx, cfg)
if fullNode != nil && cfg.LightServ > 0 {
ls, _ := les.NewLesServer(fullNode, cfg)
fullNode.AddLesServer(ls)
}
return fullNode, err
})
}
if err != nil {
Fatalf("Failed to register the Ethereum service: %v", err)
}
}这里分les ful, 不管哪种情况，都是讲构造函数最为回调，注册给了stack,即node，后面启动node，会创建所有的service，即调用这里的回调来创建，可以看下stack.Register函数
【文件位置】node/service.go
定义构造函数回调函数结构
定义可以注册的service要实现的接口
【文件位置】node/node.go
这样，实现了上面Service接口的各个service，把自己的构造函数注册到node.serviceFuncs里面
3. 总入口之startNode
这里省略很多代码，直接跳到node自己的start里面
【文件位置】node/node.go
// Start create a live P2P node and starts running it.
func (n *Node) Start() error {
// 配置p2p.Config(p2p/server.go)的参数
// Initialize the p2p server. This creates the node key and
// discovery databases.
n.serverConfig = n.config.P2P
n.serverConfig.PrivateKey = n.config.NodeKey()
n.serverConfig.Name = n.config.NodeName()
n.serverConfig.Logger = n.log
if n.serverConfig.StaticNodes == nil {
n.serverConfig.StaticNodes = n.config.StaticNodes()
}
if n.serverConfig.TrustedNodes == nil {
n.serverConfig.TrustedNodes = n.config.TrustedNodes()
}
if n.serverConfig.NodeDatabase == "" {
n.serverConfig.NodeDatabase = n.config.NodeDB()
}
// 创建了P2P server，传入了config
running := &p2p.Server{Config: n.serverConfig}
// Otherwise copy and specialize the P2P configuration
services := make(map[reflect.Type]Service)
//这里的serviceFuncs，就是上面截图标红的变量，里面保存各个注册service的构造函数
for _, constructor := range n.serviceFuncs {
// Create a new context for the particular service
ctx := &ServiceContext{
config: n.config,
services: make(map[reflect.Type]Service),
EventMux: n.eventmux,
AccountManager: n.accman,
}
for kind, s := range services { // copy needed for threaded access
ctx.services[kind] = s
}
//这里开始创建各个service，这里要进入eth service 的new详细看流程的
// Construct and save the service
service, err := constructor(ctx)
if err != nil {
return err
}
kind := reflect.TypeOf(service)
if _, exists := services[kind]; exists {
return &DuplicateServiceError{Kind: kind}
}
services[kind] = service
}
// 这里是将service（因为事先了node的service接口）里面需要的Protocols注册给p2p server
// Gather the protocols and start the freshly assembled P2P server
for _, service := range services {
running.Protocols = append(running.Protocols, service.Protocols()...)
}
// 这里启动了p2p.Server,这里是走向P2P底层代码的入口，涉及到节点发现 处理等，要详细看
if err := running.Start(); err != nil {
return convertFileLockError(err)
}
// 这里是启动最初注册的所有service，这里是P2P上层应用的代码
// Start each of the services
var started []reflect.Type
for kind, service := range services {
// Start the next service, stopping all previous upon failure
if err := service.Start(running); err != nil {
for _, kind := range started {
services[kind].Stop()
}
running.Stop()
return err
}
// Mark the service started for potential cleanup
started = append(started, kind)
}
//启动RPC
// Lastly start the configured RPC interfaces
if err := n.startRPC(services); err != nil {
for _, service := range services {
service.Stop()
}
running.Stop()
return err
}
// Finish initializing the startup
n.services = services
n.server = running
n.stop = make(chan struct{})
return nil
}顺着代码流程，看看每一步的注释，这里代码流程开始分叉，
1路学习services的new，start，这相当于P2P上层的应用，
1路学习p2p.server的start，这里是P2P底层节点维护操作，
最后在各种消息业务流程中，这两路又汇合配合
3.1 第一路，services相关流程
还是关注eth service的流程，首先是回调构造函数，创建service
// New creates a new Ethereum object (including the
// initialisation of the common Ethereum object)
func New(ctx *node.ServiceContext, config *Config) (*Ethereum, error) {
......
// Assemble the Ethereum object
chainDb, err := ctx.OpenDatabase("chaindata", config.DatabaseCache, config.DatabaseHandles, "eth/db/chaindata/")
if err != nil {
return nil, err
}
chainConfig, genesisHash, genesisErr := core.SetupGenesisBlockWithOverride(chainDb, config.Genesis, config.ConstantinopleOverride)
if _, ok := genesisErr.(*params.ConfigCompatError); genesisErr != nil && !ok {
return nil, genesisErr
}
log.Info("Initialised chain configuration", "config", chainConfig)
eth := &Ethereum{
config: config,
chainDb: chainDb,
eventMux: ctx.EventMux,
accountManager: ctx.AccountManager,
engine: CreateConsensusEngine(ctx, chainConfig, &config.Ethash, config.MinerNotify, config.MinerNoverify, chainDb),
shutdownChan: make(chan bool),
networkID: config.NetworkId,
gasPrice: config.MinerGasPrice,
etherbase: config.Etherbase,
bloomRequests: make(chan chan *bloombits.Retrieval),
bloomIndexer: NewBloomIndexer(chainDb, params.BloomBitsBlocks, params.BloomConfirms),
}
bcVersion := rawdb.ReadDatabaseVersion(chainDb)
var dbVer = "<nil>"
if bcVersion != nil {
dbVer = fmt.Sprintf("%d", *bcVersion)
}
log.Info("Initialising Ethereum protocol", "versions", ProtocolVersions, "network", config.NetworkId, "dbversion", dbVer)
if !config.SkipBcVersionCheck {
if bcVersion != nil && *bcVersion > core.BlockChainVersion {
return nil, fmt.Errorf("database version is v%d, Geth %s only supports v%d", *bcVersion, params.VersionWithMeta, core.BlockChainVersion)
} else if bcVersion == nil || *bcVersion < core.BlockChainVersion {
log.Warn("Upgrade blockchain database version", "from", dbVer, "to", core.BlockChainVersion)
rawdb.WriteDatabaseVersion(chainDb, core.BlockChainVersion)
}
}
var (
vmConfig = vm.Config{
EnablePreimageRecording: config.EnablePreimageRecording,
EWASMInterpreter: config.EWASMInterpreter,
EVMInterpreter: config.EVMInterpreter,
}
cacheConfig = &core.CacheConfig{
TrieCleanLimit: config.TrieCleanCache,
TrieCleanNoPrefetch: config.NoPrefetch,
TrieDirtyLimit: config.TrieDirtyCache,
TrieDirtyDisabled: config.NoPruning,
TrieTimeLimit: config.TrieTimeout,
}
)
eth.blockchain, err = core.NewBlockChain(chainDb, cacheConfig, chainConfig, eth.engine, vmConfig, eth.shouldPreserve)
if err != nil {
return nil, err
}
// Rewind the chain in case of an incompatible config upgrade.
if compat, ok := genesisErr.(*params.ConfigCompatError); ok {
log.Warn("Rewinding chain to upgrade configuration", "err", compat)
eth.blockchain.SetHead(compat.RewindTo)
rawdb.WriteChainConfig(chainDb, genesisHash, chainConfig)
}
eth.bloomIndexer.Start(eth.blockchain)
if config.TxPool.Journal != "" {
config.TxPool.Journal = ctx.ResolvePath(config.TxPool.Journal)
}
eth.txPool = core.NewTxPool(config.TxPool, chainConfig, eth.blockchain)
if eth.protocolManager, err = NewProtocolManager(chainConfig, config.SyncMode, config.NetworkId, eth.eventMux, eth.txPool, eth.engine, eth.blockchain, chainDb, config.Whitelist); err != nil {
return nil, err
}
eth.miner = miner.New(eth, chainConfig, eth.EventMux(), eth.engine, config.MinerRecommit, config.MinerGasFloor, config.MinerGasCeil, eth.isLocalBlock)
eth.miner.SetExtra(makeExtraData(config.MinerExtraData))
eth.APIBackend = &EthAPIBackend{ctx.ExtRPCEnabled(), eth, nil}
gpoParams := config.GPO
if gpoParams.Default == nil {
gpoParams.Default = config.MinerGasPrice
}
eth.APIBackend.gpo = gasprice.NewOracle(eth.APIBackend, gpoParams)
return eth, nil
}代码很长，也很兴奋，通过各个调用函数的名称，看到了一条区块链的建立（当然细节还需要深入学习）。这里先只是看下 NewProtocolManager
/ NewProtocolManager returns a new Ethereum sub protocol manager. The Ethereum sub protocol manages peers capable
// with the Ethereum network.
func NewProtocolManager(config *params.ChainConfig, mode downloader.SyncMode, networkID uint64, mux *event.TypeMux, txpool txPool, engine consensus.Engine, blockchain *core.BlockChain, chaindb ethdb.Database, whitelist map[uint64]common.Hash) (*ProtocolManager, error) {
// Create the protocol manager with the base fields
manager := &ProtocolManager{
networkID: networkID,
eventMux: mux,
txpool: txpool,
blockchain: blockchain,
chainconfig: config,
peers: newPeerSet(), //维护的节点
whitelist: whitelist,
newPeerCh: make(chan *peer), // 4个用来同步的信道
noMorePeers: make(chan struct{}),
txsyncCh: make(chan *txsync),
quitSync: make(chan struct{}),
}
.......
//这里定义了一个SubProtocol，这个就是上面node.start里面，传递给p2p.server的protocol
// 注意这里的三个函数指针 RUN NodeInfo PeerInfo,很重要
// Initiate a sub-protocol for every implemented version we can handle
manager.SubProtocols = make([]p2p.Protocol, 0, len(ProtocolVersions))
for i, version := range ProtocolVersions {
// Skip protocol version if incompatible with the mode of operation
if mode == downloader.FastSync && version < eth63 {
continue
}
// Compatible; initialise the sub-protocol
version := version // Closure for the run
manager.SubProtocols = append(manager.SubProtocols, p2p.Protocol{
Name: ProtocolName,
Version: version,
Length: ProtocolLengths[i],
Run: func(p *p2p.Peer, rw p2p.MsgReadWriter) error {
peer := manager.newPeer(int(version), p, rw)
select {
case manager.newPeerCh <- peer:
manager.wg.Add(1)
defer manager.wg.Done()
return manager.handle(peer)
case <-manager.quitSync:
return p2p.DiscQuitting
}
},
NodeInfo: func() interface{} {
return manager.NodeInfo()
},
PeerInfo: func(id enode.ID) interface{} {
if p := manager.peers.Peer(fmt.Sprintf("%x", id[:8])); p != nil {
return p.Info()
}
return nil
},
})
}
//创建 downloader
// Construct the different synchronisation mechanisms
manager.downloader = downloader.New(mode, chaindb, manager.eventMux, blockchain, nil, manager.removePeer)
//创建 fetcher
validator := func(header *types.Header) error {
return engine.VerifyHeader(blockchain, header, true)
}
heighter := func() uint64 {
return blockchain.CurrentBlock().NumberU64()
}
inserter := func(blocks types.Blocks) (int, error) {
// If fast sync is running, deny importing weird blocks
if atomic.LoadUint32(&manager.fastSync) == 1 {
log.Warn("Discarded bad propagated block", "number", blocks[0].Number(), "hash", blocks[0].Hash())
return 0, nil
}
atomic.StoreUint32(&manager.acceptTxs, 1) // Mark initial sync done on any fetcher import
return manager.blockchain.InsertChain(blocks)
}
manager.fetcher = fetcher.New(blockchain.GetBlockByHash, validator, manager.BroadcastBlock, heighter, inserter, manager.removePeer)
return manager, nil
}
这里主要创建了三个管理组件，p2p.Protocols， downloader , fetcher
p2p.Protocols，再node.start会传入到p2p.server中，三个函数指针特别关注，尤其是RUN，这里面调用了manager.handle(perr) , 这个就是本地节点被动接收外面消息的处理函数入口，后面还要深入分析
downloader, 下载网络上的hash和block
fetcher， 收集网络其他以太坊节点发过来的同步通知，进行验证，并做出相应的处理。初始化传入的几个参数 都是用于处理同步区块链数据的函数指针
这里是创建，在node.start后面接着就有了service.Start(running)来启动services
还是主要看eth的start, 他最后启动了ProtocolManager的Start
eth/backend.go
// Start implements node.Service, starting all internal goroutines needed by the
// Ethereum protocol implementation.
func (s *Ethereum) Start(srvr *p2p.Server) error {
// Start the bloom bits servicing goroutines
s.startBloomHandlers(params.BloomBitsBlocks)
// Start the RPC service
s.netRPCService = ethapi.NewPublicNetAPI(srvr, s.NetVersion())
// Figure out a max peers count based on the server limits
maxPeers := srvr.MaxPeers
// 这里调用了前面创建ProtocolManager的start
// Start the networking layer and the light server if requested
s.protocolManager.Start(maxPeers)
if s.lesServer != nil {
s.lesServer.Start(srvr)
}
return nil
}
eth/handler.go
func (pm *ProtocolManager) Start(maxPeers int) {
pm.maxPeers = maxPeers
// broadcast transactions
pm.txsCh = make(chan core.NewTxsEvent, txChanSize)
pm.txsSub = pm.txpool.SubscribeNewTxsEvent(pm.txsCh)
go pm.txBroadcastLoop()
// broadcast mined blocks
pm.minedBlockSub = pm.eventMux.Subscribe(core.NewMinedBlockEvent{})
go pm.minedBroadcastLoop()
// start sync handlers
go pm.syncer()
go pm.txsyncLoop()
}
这里面最后起了4个goroutine，主动发起，负责不同的工作，配合上面被动接收，有收有发，节点层面的通信就有了接口了
1. txBroadcastLoop, 广播新出现的交易，会在txCh通道的收端持续等待，一旦接收到有关新交易的事件，立刻调用BroadcastTx()函数广播给那些尚无该交易对象的相邻个体
2. minedBroadcastLoop() ，广播新挖掘出的区块，持续等待本个体的新挖掘出区块事件，然后广播给需要的相邻个体。当不再订阅挖掘区块事件时，函数才结束等待并返回。
在收到新挖掘出区块事件后，会连续调用2次BroadcastBlock(), 两次调用仅仅是bool型参数不一样，当为true时，将整个区块一次发给相邻节点的一部分
transferLen := int(math.Sqrt(float64(len(peers))))
transferLen > minBroadcastPeers
transferLen < len(peers)
当为false时，仅仅将新区块的Hash值和Number发送给所有相邻节点
3. Syncer()， 定时与相邻个体进行区块全链的强制同步，首先启动fetcher成员，然后进入循环，每次循环中都像相邻peer列表中最优的那个peer做一次区块全链同步。
同步有两种：如果有新登记加入的相邻个体，则在整个peer列表数目大与5时，发起
如果没有新peer到达，以10s为间隔定时发起
这里所谓的最优，是指peer中所维护区块链的TotalDifficulty(td)最高的，由于td是全链中从创世区块到最新头块的Difficulty值总和，所以td最高就意味着区块链是最新的，跟这样的peer做区块链同步，显然改动最小，即最优
4. txsyncLoop() 将新出现的交易对象均匀的同步给相邻个体，首先是一个数据类型 txsync{p, txs},包含peer和tx列表，通道txsyncCh用来接收txsync{}对象，
每次循环时，
如果从txsyncCh中收到新的数据，把他存到本地map中，key是peer.ID, value是txsync{},并将这组tx对象发送给这个peer；每次向peer发送tx对象的上限数目100*1024，如果 txsync{}对象中有剩余tx, 则该txsync{}对象集训存入map并更新tx数目；
如果本次循环没有新到达的txsync{} ,则从map结构中随机找出一个txsync对象，将其中的tx组发送给相应的peer
重复循环
4个流程总结起来就是 广播交易，广播区块，同步交易，同步区块。
3.2 第二路，p2p.server相关流程
node.start() 里面创建了p2p.server的实例running, 把所有services需要的protocols 添加进去，然后启动running.start(), 从这里开始看下去
【文件位置】p2p/server.go
// Start starts running the server.
// Servers can not be re-used after stopping.
func (srv *Server) Start() (err error) {
// static fields
if srv.PrivateKey == nil {
return errors.New("Server.PrivateKey must be set to a non-nil key")
}
if srv.newTransport == nil {
srv.newTransport = newRLPX
}
if srv.c == nil {
srv.Dialer = TCPDialer{&net.Dialer{Timeout: defaultDialTimeout}}
}
srv.quit = make(chan struct{})
srv.addpeer = make(chan *conn)
srv.delpeer = make(chan peerDrop)
srv.posthandshake = make(chan *conn)
srv.addstatic = make(chan *enode.Node)
srv.removestatic = make(chan *enode.Node)
srv.addtrusted = make(chan *enode.Node)
srv.removetrusted = make(chan *enode.Node)
srv.peerOp = make(chan peerOpFunc)
srv.peerOpDone = make(chan struct{})
if err := srv.setupLocalNode(); err != nil {
return err
}
if srv.ListenAddr != "" {
if err := srv.setupListening(); err != nil {
return err
}
}
if err := srv.setupDiscovery(); err != nil {
return err
}
dynPeers := srv.maxDialedConns()
dialer := newDialState(srv.localnode.ID(), srv.StaticNodes, srv.BootstrapNodes, srv.ntab, dynPeers, srv.NetRestrict)
srv.loopWG.Add(1)
go srv.run(dialer)
return nil
}server的启动，重要的流程涉及到 setupListening, setupDiscovery, srv. run 这后续就是底层节点发现，节点维护的操作了，又是另外一个大的模块了
总结：
总结上面的过程：
函数入口到结束，完成功能：
1. makeFullNode 配置节点
2. node start 启动自己，
3. 解锁账号，并注册钱包反馈事件
4. 启动RPC（RPC提供一种能通过网络或者其他I/O连接访问的能力）
5. 如果配置支持挖矿，启动挖矿
6. Node wait()阻塞住程序，直到node stop
重点是makefullnode和node.start 这里面逻辑的配合：
1. makefullnode，会注册各种service（主要看ethereum service），它们都实现了node定义的service接口，注册的时候传入自己的创建回调函数
2. Node.start时，调用各种service的构造函数，创建service的实例，
Ethereum service 在new的时候，创建了 protocolManager （NewProtocolManager），当然也创建了基本的区块链（NewBlockChain）
NewProtocolManager的时候，
创建peers集合，创建与之相关的newPeerCh noMorePeers txsyncCh quitSync同步信道，
创建manager.SubProtocols ，创建以太坊P2P server的通讯协议。这个协议里面有很重要的三个函数指针（Run， NodeInfo PeerInfo） 其中run里面又关联了被动消息处理函数handle，待对端peer有消息来时，就会调用处理
3. 启动 p2p.server，并把各个service支持的protocols传递给p2p.server，例如上面的 ethereum.manager.SubProtocols，
开启监听，发现等维护节点的流程
4. 启动各个service，会将p2p.server传进去（只是后去maxpeers个数用）
Ethereum service的start，会启动ProtocolManager, 进而manger启动4个协程，主动的广播区块，广播交易，同步区块，同步交易