区块链底层-状态机StateDB

全局

创建状态树

状态数据库的定义如下：

type StateDB struct {
	db   Database  //操作状态的底层数据库，在实例化 StateDB 时指定 ②。
	trie trie.Trie //世界状态所在的树实例对象
	stateObjects      map[account.Address]*account.StateObject //已账户地址为键的账户状态对象，能够在内存中维护使用过的账户
	stateObjectsDirty map[account.Address]struct{}//标记被修改过的账户
    dbErr  error
	lock sync.Mutex
}

首先，

db: = state.NewDatabase(levelDB)
statedb, err := state.New(block.Root(), db)

这里的 New 函数为：

//state/statedb.go:27
func New(root hash.Hash, db Database) (*StateDB, error) {
	tr, err := db.OpenTrie(root)//打开指定状态版本(root)的含世界状态的顶层树
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return &StateDB{
		db:                db,//②
		trie:              tr,
		stateObjects:      make(map[account.Address]*stateObject),
        stateObjectsDirty: make(map[account.Address]struct{}),
		preimages:         make(map[hash.Hash][]byte),
		journal:           newJournal(),
	}, nil
}

世界态中的所有状态都是已账户为基础单位存在的，因此为了便于账户隔离管理，使用不开放的 stateObject 来维护某个账户下的状态。

type StateObject struct {
	//账户哈希
	addrHash string
	data     User //账户属性
	//底层数据库
	db *state.StateDB
	// 写缓存
	trie Trie // 存储树，第一次访问时初始化
}
type User struct {
	//账户地址
	Address []byte
	//账户余额
	Amount float64
	//交易个数
	Nonce uint64
	//storage树根哈希值
	Root string
}

可以看到 stateObject 中维护关于某个账户的所有信息，涉及账户地址、账户地址哈希、底层数据库、存储树等内容。
在区块中，将交易作为输入条件，来根据一系列动作修改状态。 在完成区块挖矿前，只是获得在内存中的状态树的 Root 值。 StateDB 可视为一个内存数据库，状态数据先在内存数据库中完成修改，所有关于状态的计算都在内存中完成。

//将每个交易对应的的账户状态树进行修改
usr := getUserByAddress(t.Address)
if usr.Amount - t.Fee <0 {
    return err
}
usr.Nonce = usr.Nonce + 1
uMPT := getMPT(usr.Root)
data := *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&t))
uMPT.Put([]byte(t.Hash),data)
usr.Root := uMPT.RootHash()

在将区块持久化时完成有内存到数据库的更新存储，此更新属于增量更新，仅仅修改涉及到被修改部分。

// state/statedb.go:122
func (s *StateDB) Commit(deleteEmptyObjects bool) (root hash.Hash, err error) {
	for addr := range s.journal.dirties {//①⑧⑨⑩
		s.stateObjectsDirty[addr] = struct{}{}
	}
	for addr, stateObject := range s.stateObjects {//②
		_, isDirty := s.stateObjectsDirty[addr]

        if isDirty{
			//如果集合中的账户有变更
			if err := stateObject.CommitTrie(s.db); err != nil {//⑤
				return common.Hash{}, err
			}
			s.updateStateObject(stateObject)//需要提交此账户
		  }
		delete(s.stateObjectsDirty, addr)
    	}
    }
	//...
	root, err = s.trie.Commit(func(leaf []byte, parent hash.Hash) error {//⑦
		var account Account
		if err := rlp.DecodeBytes(leaf, &account); err != nil {
			return nil
		}
		if account.Root != emptyRoot {
			s.db.TrieDB().Reference(account.Root, parent)
		}
		return nil
	})
	return root, err
}

• 因为在修改某账户信息是，将会记录变更流水（journal），因此在提交保存修改时只需要将在流水中存在的记录作为修改集 ①。
• 所有访问过的账户信息，均被记录在 stateObjects 中，只需要遍历此集合 ② 便可以提交所有修改。
• 处理完每个需要提交的账户内容外，最后需要将账户树提交 ⑦。在提交过程中涉及账户内容作为叶子节点，在发送变动时，将更新账户节点和父节点的关系。