以太坊源码分析：共识（1）矿工

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前言

矿工在PoW中负责了产生区块的工作，把一大堆交易交给它，它生成一个证明自己工作了很多区块，然后将区块加入到本地区块链并且广播给其他节点。

接下来我们将从以下角度介绍矿工：

  1. 角色。矿工不是一个人，而是一类人，可以把这一类人分成若干角色。
  2. 一个区块产生的主要流程。
  3. 矿工的主要函数介绍，掌握矿工的主要挖矿机制。

介绍矿工由哪些部分组成，会和哪些其他模块进行交互，这些部分是如何协作产生区块的。

角色

有3种角色：miner、worker、agent。

  • miner：是矿长，负责管理整个矿场的运作，比如：启动、停止挖矿，处理外部请求，设置挖矿获得的奖励的钱包地址等等。
  • worker：副矿长，负责具体挖矿工作的安排，把挖矿任务（Work）安排给agent。
  • agent：真实的矿工，他们负责挖矿，把自己的劳动成果（Result）交给worker，agent默认只有1个，可以通过API创建多个。

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一个区块产生的主要流程

实际的挖矿过程基本不涉及miner，只涉及worker、agent和engine，engine是共识引擎模块，我们利用下图介绍生成一个区块的主要流程。

挖矿过程中只涉及engine的3个接口：1）Prepare()挖矿前的准备工作，2）Finalize()形成一个基本定型的区块，3）Seal()形成最终的区块。

  1. worker把区块头、交易、交易执行的收据等传递给engine.Finalize。
  2. engine.Finalize返回一个block，该block的header中缺少Nonce和MixDigest，这两个值是挖矿获取的。
  3. worker把block封装到work，把work发送给所有的agent。
  4. agent.update把work传递给agent.mine。
  5. agent.mine把work传递给engine.Seal，调用engine.Seal挖矿。
  6. engine.Seal把Nonce和MixDigest填到区块头，生成一个new block交给agent.mine.
  7. agent.mine把new block封装成Result，发送给worker。

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矿工的主要函数

介绍miner、worker和agent的主要函数，他们是矿工的具体运作机制。

miner的主要函数

主要关注2个函数：

  1. New()：负责创建miner。还创建1个worker和1个agent，但agent还可以通过API创建，然后启动update函数。
  2. update()：负责关注downloader的3个事件：StartEvent、DoneEvent、FailedEvent。StartEvent是开始同步区块，必须停止挖矿，DoneEvent和FailedEvent是同步成功或者失败，是同步的结束，已经可以挖矿了。表明：挖矿和同步区块不可同时进行，尽量降低了区块冲突的可能。

worker的主要函数

主要是3个函数：

  1. commitNewWork()：负责生成work，分配agent。这个阶段做了很多工作，调用Engine.Prepare进行准备工作，创建Header，执行交易，获取Uncle，使用Engine.Finalize形成“基本定型”的临时区块，创建Work，最后把work传递给agent。另外commitNewWork存在多处调用，并且worker有wait和update另外2个协程，他们都会调用commitNewWork，所以存在临界区需要谨慎加锁。
  2. update()：负责处理外部事件。它是死循环，主要处理3种事件：1）ChainHeadEvent，有了新区块头，所以得切换到挖下一个高度的区块，2）ChainSideEvent，收到了uncle区块，缓存起来，3）TxPreEvent，预处理交易，如果在挖矿执行commitNewWork，如果未挖矿，则交易设置为未决状态。
  3. wait()：负责处理agent挖矿的结果。它是死循环，一直等待接收agent发回的result，然后把区块加入到本地数据库，如果没有问题，就发布NewMinedBlockEvent事件，通告其他节点挖到了一个新块。

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agent的主要函数

主要2个函数:

  1. update()：负责接收worker发来的任务（work）。它是死循环，把work交给mine去挖矿。
  2. mine()：负责挖矿。它拥有挖矿的能力，调用Engine.Seal挖矿，如果挖矿成功则生成result，发送给worker。
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  2. 本文作者：大彬
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