txpool詳解
交易池txpool作為區塊鏈系統的重要組成部分，對系統的安全性和穩定性具有重要作用。功能可歸納為：交易緩存、交易驗證和交易過濾。
基本介紹
交易分類和緩存
txpool主要包含兩個重要的緩沖區：pending和queue。交易在進行打包驗證和p2p廣播前，首先要通過txpool來進行層層驗證，驗證過的交易會被換存在pending和queue中，等待進一步處理。
圖1: peding和queue緩沖區
其中，換存在pending中的交易可被立即處理並打包，queue中的交易是nonce-gap交易，當nonce-gap消除后，會被遷移到pending緩存中。
事件處理
交易池在符合條件下，會處理以下事件：
- report：統計交易池中pending和queue中交易數量（default 8s）
- evict：交易失效檢查事件（1min），從queue中剔除3個小時前的交易，（類似掛單，超時刪除）
- journal：本地交易日志（緩存pending和queue隊列中屬於本地的交易，白名單交易，默認存儲於transactions.rlp)
- chainHeadEvent：收到新塊后交易池的處理，調用reset
核心功能
交易池狀態重置
- 啟動
- 收到新塊～
圖2: 緩沖區狀態重置
啟動時，從本地獲取當前區塊狀態，設置pending和queue緩沖，設置txpool狀態db；收到合法塊的時候，重置交易池狀態到新塊root，調整pending和queue緩沖區以對應新的區塊高度。
注：eth按照td最大作為最長鏈，在交易池重置狀態時需要計算old鏈與new鏈中交易的差集，並重新進行廣播，重新打包。
交易入池
- p2p網絡
- 本地節點
圖3: 交易入池和檢查
交易的來源包括p2p廣播和本地節點rpc接收。當txpool接收到交易后，會對每筆交易進行一連串嚴格的檢查，包括：
余額
nonce
交易Gas
簽名
交易大小
交易value，等等
交易的升級和降級
- Queue —> Pending
- Pending —> Queue
圖4: 交易升級和降級
pending和queue兩個緩沖區的交易是動態調整的，比如當由於刪除了某筆交易造成較大nonce從可執行狀態變為不可執行狀態，會導致pending中的交易遷移到queue中；當由於新添加交易消除了queue中nonce-gap交易時，queue中緩存的部分交易會遷移到pending中，變為可執行狀態。
緩沖區溢出及處理
在txpool中，緩沖區不是無限的，受限於硬件設備以及出於安全性考慮，pending和queue所容納的交易量通過一組參數/閾值進行限制：AccountSlots、GlobalSlots、AccountQueue和GlobalQueue。 其中，前兩個與pending緩沖區有關，后兩個用來限制queue緩沖區大小。
緩沖區溢出（交易超過閾值）的三種情況：
- all溢出， Count(all) > GlobalSlots + GlobalQueue
- pending溢出, Count(pending) > GlobalSlots
- queue溢出, Count(queue) > GlobalQueue
第一種情況起因一般是有新的交易入池，后兩種情況起因除了新交易入池外，還有可能是刪除交易或交易替換引起的兩者之間的動態調整。
對應的處理策略：
- all溢出。新交易如果是Unpriced，拒絕；否則刪除舊交易，插入新交易
- pending溢出。建立一個關於賬戶交易數的優先隊列，對超過交易數限額
AccountSlots的賬戶進行懲罰，按照圖5所示策略剔除交易，降低交易池負載- queue溢出。刪除滯留在queue中最舊的交易。
圖5. pending溢出交易剔除策略
說明：首先，建立一個超限額賬戶的優先隊列；取出交易最多的兩個賬戶（藍色和紅色），從交易最多的賬戶開始刪除交易，直到與紅色相等，如果pending仍溢出，從優先隊列中取出下一個賬戶（紫色），重復前面的過程。
最后，如果優先隊列為空，pending仍溢出，那么按照賬戶的取出順序，每次刪除一筆交易，直到pending內交易量小於GlobalSlots閾值。
交易過濾
- 超時過濾
- gas最大過濾，GasLimit
- gasPrice過濾
- Local白名單
local交易會被登記入pool.locals，類似一個白名單，添加交易的時候不對gasPrice進行檢查。緩沖區執行交易剔除相關策略時，不刪除在pools.locals中登記賬戶的交易