区块链就是何交易打交道，我们今天就介绍下，交易处理过程中的一个重要组成部分：txpool。这篇文章主要从功能角度介绍，通过这篇文章会了解：  l) @% E0 L2 p1 D$ W) t
txpool的在交易中的位置和作用。: |' n7 F9 l& ^. w  P4 H
txpool的功能，核心组成部分queued和pending。9 }) o8 c7 i8 b' Y. j
txpool如何实现它的功能。
$ o  C4 C5 \! V: l: u7 p% I- g7 V; dtxpool源码的重要关注点。
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. `' S! \. |5 z以太坊内部有个重要的内部功能是txpool，从字面意思就能看出来，交易池就是存放交易的池子。它在以太坊中的位置如下图，只要有新交易，无论是本节点创建的，还是其他peer节点广播来的，都会先加入到交易池里，在打包区块的时候，就从这个池子里提取，区块产生之后，共识区块，交易上链。- S" i, Y) b' D% \  `
txpool有4个功能：! I. J& X+ V$ i# K- W8 R
作为存放交易的缓冲区，大量交易到来时，先存起来9 [, E7 C* |8 ]
为打包区块服务，合适交易会被打包到区块! Y0 D- c  D5 F  ~
清理交易9 h& E1 O, l+ v+ V; M& w; P1 L8 O6 h
当交易的数量多于缓冲区大小时，过滤/惩罚发送大量交易的账户（攻击者）+ @8 A0 I4 w) C# }
我们来一张稍微详细点的模块交互图，看txpool怎么实现上面4个功能的。- ?, f( v, S" [! \& I' i- Q4 F; ~
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缓存功能的设计& R* t3 |* d; i6 E& U
txpool中的交易分为queued和pending 2种，其中queued存放未来的、当前无法执行的交易。以太坊使用nonce值决定某个账户的交易顺序，多条交易值nonce值必须连续，如果和过去的交易不连续，则无法执行，我们不妨使用nonce值，标记交易的号码，nonce为10的交易，称为第10号交易。举个例子，当前账户的nonce是10，txpool中有该账户的第100号交易，但txpool中没有第11~99号交易，这些交易的缺失，造成第100号交易无法执行，所以第100号交易就是未来的交易、不可执行的交易，存放在queue中。
* g2 O( N/ G9 L% }( R8 w5 Bpending存放可执行的交易。比如我们把上面的1199号交易补全了，那么11100号交易都可以进入到pending，因为这些交易都是连续的，都可以打包进区块。5 W/ t7 O& l+ Q% V  P
当节点收到交易（本地节点发起的或peer广播来的）时，会先存放到queued，txpool在某些情况下，把queued中可执行的交易，转移到pending中。# q; C1 F3 U! q/ z
为区块打包服务
0 V& L; d$ `: ~- w% z这是txpool最核心的功能，worker在打包区块的时候，会获取所有的pending交易，但这些交易还存在txpool中，worker只是读取出来，至于txpool何时删除交易，稍后从txpool清理交易的角度单独在看。2 v* \8 Q7 E/ G$ \( J( F
清理交易2 c$ |) Z4 f' z+ t. D( X( r1 m/ w# Q  l
txpool清理交易有以下几种条件，符合任意以下1条的，都是无效交易，会被从pending或者queued中移除：
. n& x& M( E8 o. }) T: k+ m交易的nonce值已经低于账户在当前高度上的nonce值，代表交易已过期，交易已经上链就属于这种情况
) R0 `* l# _4 o: Q% Z! b交易的GasLimit大于区块的GasLimit，区块容不下交易  Y( `' ~: M5 n2 l: w( i
账户的余额已不足以支持该交易要消耗的费用, [$ C- r3 I, @( u9 Q+ p2 E2 ^: u
交易的数量超过了queued和pending的缓冲区大小，需要进行清理
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' V3 J. c  A4 M- i1 s4 g5 W交易清理主要有3个场景：6 B/ f- c! p/ [/ u" c

, y8 o! `  o" Z5 S9 I: p, Xtxpool订阅了ChainHeadEvent事件，该事件代表主链上有新区块产生，txpool会根据最新的区块，检查每个账号的交易，有些无效的会被删除，有些由于区块回滚会从pending移动到queued，然后把queued中可执行的交易移动到pending，为下一轮区块打包组号准备。
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: m8 Z' C0 ]; f/ G/ y( o4 }8 [- [queued交易移动到pending被称为“提升”（promote），这个过程中，同样会检查交易，当交易不符合以上条件时，就会被直接从queued中删除。0 Q, v6 S6 @7 E
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删除停留在queued中超过3小时的交易，3小时这个超时时间是可以通过geth的启动参数调整的。txpool记录了某个账户交易进入pending的时间，如果这个时间超过了3小时，代表该账号的交易迟迟不能被主链打包，既然无法被主链接受，就删除掉在queued中本来就无法执行的交易。
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; z. }4 ]4 B* @' K* \5 {) ?
, T, y, s1 `4 o4 i惩罚恶意账号2 N5 h* F; O" C) V
这也是txpool很重要的一个属性，可以防止恶意账户以发起大量垃圾交易。防止恶意用户造成：
9 |: n: P9 f& }, v占用txpool空间
7 y. [6 y7 {* _9 B! E- z/ k浪费节点大量内存和CPU
( H/ O. N" k9 n- i* m; S( J8 q+ G+ W降低打包性能2 }3 _) d. G3 P; x1 Q

$ T! r( L; X) M**只有当交易的总数量超过缓冲区大小时，txpool才会认为有恶意账户发起大量交易。**pending和queued缓冲区大小不同，但处理策略类似：& Q( {+ U4 s: w+ x
pending的缓冲区容量是4096，当pending的交易数量多于此时，就会运行检查，每个账号的交易数量是否多于16，把这些账号搜集出来，进行循环依次清理，什么意思呢？就是每轮只删除（移动到queued）这些账号的每个账号1条交易，然后看数量是否降下来了，不满足再进行下一轮，直到满足。
8 c7 ?/ \: J. _4 F. Wqueued的缓冲区容量是1024，超过之后清理策略和pending差不多，但这里可是真删除了。$ ?8 J# }) l+ t" `! R+ ~+ U' o
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该部分功能未抽象成单独的函数，而是在promoteExecutables()中，就是在每次把queued交易转移到pending后执行的。. {2 }/ l/ \( Y% B; @. H3 O
本地交易的特权，txpool虽然对交易有诸多限制，但如果交易是本节点的账号发起的，以上数量限制等都对他无效。所以，如果你用本节点账号不停的发送交易，并不会被认为是攻击者，你用txpool.status命令，可以查看到交易的数量，肯定可以大于4096，我曾达到过60000+。2 Q1 [2 |3 Y0 V6 N/ [1 C1 K
重点关注的源码/ C5 `* E# T+ `3 I! w4 A, m
txpool的主要设计上面就讲完了，如果你想把txpool的代码阅读一番，我建议你重点关注一下这些函数和变量，按图索骥能就完全掌握txpool的实现。6 G3 P) c$ h8 }) [) ~2 p% s
TxPoolConfig：txpool的配置参数
' E1 Z, s8 t9 E" _chainHeadCh：txpool订阅了新区块事件
# o2 ~% ?8 V2 apending：pending的交易，每个账号都有一个交易列表
" ]& i! @/ b& G& ]9 H8 S( W5 kqueue：queued的交易，每个账号都有一个交易列表
5 }# |- E) R2 qloop：txpool的事件处理函数( t1 h3 i; y  T1 |5 U
addTx：添加1条交易的源头，你能找到类似的函数
, h. O9 \! G0 ]% B2 h8 ~0 ~5 ppromoteExecutables：queued交易移动到pending. Y* Q5 T  |0 S( _% U
reset：根据当前区块的最新高度，重置txpool中的交易