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：! _) f" X1 o& t! ~, J: ~
txpool的在交易中的位置和作用。. ~2 q7 _/ F' l
txpool的功能，核心组成部分queued和pending。
$ \/ ?7 Z4 r4 @0 O  e/ E* m' Ptxpool如何实现它的功能。
4 v3 E; T. k, u; d. Q; f8 Ttxpool源码的重要关注点。& r7 ^  M5 e( B8 V: e9 ^8 B* n

! v3 C$ _6 z# a2 [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。
8 V' D; s, k5 [, P# Z9 n1 t4 ptxpool有4个功能：
% x5 D0 d% Z- C0 i5 X# m% e作为存放交易的缓冲区，大量交易到来时，先存起来' L2 U* n8 w6 t( Y. x$ V
为打包区块服务，合适交易会被打包到区块
7 a$ r2 {; x& W5 Z& W3 M! t, w清理交易
( }$ r" r# s. B6 Y) @9 y# Y6 V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）7 q. o6 i# U# h: m( L. o7 m
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。
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$ y- ]3 q4 B4 F# p  Y( K5 B1 ~缓存功能的设计4 T0 T0 p$ R3 p% m8 Q
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。3 [: }) o( Z8 z6 n( a# W7 T
pending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。+ I' R1 |, b7 O2 B$ K
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。) n& l' h$ a+ K4 c
为区块打包服务3 m0 K. l5 n8 ^: m
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。
7 t$ s: h. n5 a" N8 A9 [8 r3 c清理交易
  K/ \3 x6 _9 D, E0 Ttxpool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：( y8 f! g& W' u2 l, N+ _, H  }
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
5 M) [0 t2 x+ J( b; o$ g交易的GasLimit大于区块的GasLimit，区块容不下交易0 L& T8 c; b2 b7 o; `* T
账户的余额已不足以支持该交易要消耗的费用1 r) c' A" |# Q. `  f$ J6 x
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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交易清理主要有3个场景：
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2 Z1 a7 \( U: H2 I  K  etxpool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。! x7 o; G1 J: m& C. j
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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。
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) ^) Z6 A6 L0 t0 o$ m4 Z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。( w% I" n& c; n$ K
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& P* M- U( o) y6 P! f% x惩罚恶意账号
  V8 t3 p, I* s2 G- ?2 D) q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：
" r3 E0 b) b5 J( K  @占用txpool空间* [( y# v* e* w$ e3 F9 V
浪费节点大量内存和CPU
( ~, M4 Z: W" g/ n0 V! P- B/ j降低打包性能
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$ x  D" h, B) a: y**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' Q. n+ H5 _
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。% M) [; w; T; q6 b- G" K! `
queued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。# T7 I: Q" {7 i5 w* `9 F  `0 B

* f/ j/ B# v  O3 ?, T; h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。
0 y0 o, `) r6 `; V3 E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+。6 S  {, p  @  a! _
重点关注的源码7 J5 I# @* @$ N+ S, o
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。" a. x6 R- F" j; g) {
TxPoolConfig：txpool的配置参数8 w( i8 @, ?, @  e  `, Q
chainHeadCh：txpool订阅了新区块事件
3 r9 P4 \1 B  l, H, A, z; apending：pending的交易，每个账号都有一个交易列表
( W9 @  _# N! K# e6 oqueue：queued的交易，每个账号都有一个交易列表: `4 I* ]  l" X) E  p: L4 J
loop：txpool的事件处理函数  O5 V3 e, `* o. ?. ~
addTx：添加1条交易的源头，你能找到类似的函数
+ a2 V, ^7 B* k6 Z. ^' zpromoteExecutables：queued交易移动到pending
1 m" A& }0 u8 \+ ?* zreset：根据当前区块的最新高度，重置txpool中的交易