【源码解读】EOS测试插件：txn_test_gen_plugin.cpp

本文内容本属于《【精解】EOS TPS 多维实测》的内容，但由于在编写时篇幅过长，所以我决定将这一部分单独成文撰写，以便于理解。

关键字：eos, txn_test_gen_plugin, signed_transaction, ordered_action_result, C++, EOS插件

txn_test_gen_plugin 插件

这个插件是官方开发用来测试块打包交易量的，这种方式由于是直接系统内部调用来模拟transaction，没有中间通讯的损耗，因此效率是非常高的，官方称通过这个插件测试到了8000的tps结果，而就我的测试结果来讲，没有这么恐怖，但也能到2000了，熟不知，其他的测试手段，例如cleos，eosjs可能只有百级的量。下面，我们一同来研究一下这个插件是如何实现以上功能的，过程中，我们也会思考EOS插件的架构体系，以及实现方法。通过本文的学习，如果有好的想法，我们也可以自己开发一个功能强大的插件pr给eos，为EOS社区做出我们自己的贡献。

关于txn_test_gen_plugin插件的使用，非常易于上手，本文不做分析，这方面可以直接参考官方文档。

插件的整体架构

插件代码整体结构中，我们上面介绍的核心功能的实现函数都是包含在一个结构体struct txn_test_gen_plugin_impl中。剩余的其他代码都是对插件本身的通讯进行描述，包括如何调用，如何响应等，以及整个插件的生命周期的控制：

set_program_options，设置参数的阶段，是最开始的阶段，内容只设置了txn-reference-block-lag的值，默认是0，-1代表最新头区块。
plugin_initialize，这一时期就把包含核心功能的结构体txn_test_gen_plugin_impl加载到程序运行时内存中了，同时初始化标志位txn_reference_block_lag为txn-reference-block-lag的值。
plugin_startup，我们通过基础插件http_plugin的支持获得了http接口的能力，这一时期，就暴露出来本插件的对外接口。
plugin_shutdown，调用stop_generation函数，重置标志位running为false，计时器关闭，打印关闭提示日志。

下面是对外暴露的三个接口之一的stop_generation函数的源码：

void stop_generation() {
    if(!running)
        throw fc::exception(fc::invalid_operation_exception_code);
    timer.cancel();
    running = false;
    ilog("Stopping transaction generation test");
}

接下来，我们主要集中精力在结构体txn_test_gen_plugin_impl上，研究路线是以剩余两个接口分别为入口进行逐一分析。

create_test_accounts 接口

关于这个接口，调用方法是

curl --data-binary '["eosio", "5KQwrPbwdL6PhXujxW37FSSQZ1JiwsST4cqQzDeyXtP79zkvFD3"]' http://localhost:8888/v1/txn_test_gen/create_test_accounts

传入的参数是eosio以及其私钥。我们进入到函数create_test_accounts中去分析源码。

准备知识

首先，整个函数涉及到的所有transaction都是打包存入到一个vector集合std::vector<signed_transaction> trxs;中去。

trxs是一个事务集，它包含很多的trx，而其中每一个trx包含一个actions集合vector<ordered_action_result> actions;

一、准备账户

trxs的第一个trx，内容为账户创建：

定义3个账户：txn.test.a，txn.test.b, txn.test.t
辅助功能：controller& cc = app().get_plugin<chain_plugin>().chain();，通过cc可以随时调用本地区块链上的任意信息。
通过fc::crypto::private_key::regenerate函数分别生成他们的私钥，要传入生成秘钥的seed。
通过私钥直接调用get_public_key()即可获得公钥
设置每个账户的owner和active权限对应的公钥，一般来讲他们是相同的
账户的创建者均为我们外部调用create_test_accounts接口时传入的账户eosio，注意：eosio的私钥是通过字符串传入的，要通过fc::crypto::private_key转换成私钥对象
将每一个账户的创建组装好成为一个action，存入trx的actions集合中去。
trx的actions成员已经设置完毕，完成剩余trx的组装工作，包括
- expiration，通过cc获得当前头区块的时间，加上延迟时间，这里是30s，fc::seconds(30)
- reference_block，值为通过cc获取当前的头区块，意思为本transaction的引用区块，所有的信息是引用的这个区块为头区块的环境
- sign，签名，使用的是创建者eosio的私钥对象，上面我们已经准备好了，签名的数据是data的摘要
  - 当前trx的actions中的元素的data并不是如文首的transaction中的data的加密串的结构，而是明文的，这里的加密是数字摘要技术，感兴趣的朋友可以去《应用密码学初探》进行了解。
  - 摘要的源码函数是：sig_digest(chain_id, context_free_data)，其中参数使用到了chain_id，而context_free_data就是上面提到的明文data内容，所以它是要与链id一起做数字摘要的（这一点我在使用eosjs尝试自己做摘要的时候并未想到）

这一部分的源码展示如下：

name newaccountA("txn.test.a");
name newaccountB("txn.test.b");
name newaccountC("txn.test.t");
name creator(init_name);

abi_def currency_abi_def = fc::json::from_string(eosio_token_abi).as<abi_def>();

controller& cc = app().get_plugin<chain_plugin>().chain();
auto chainid = app().get_plugin<chain_plugin>().get_chain_id();

fc::crypto::private_key txn_test_receiver_A_priv_key = fc::crypto::private_key::regenerate(fc::sha256(std::string(64, 'a')));
fc::crypto::private_key txn_test_receiver_B_priv_key = fc::crypto::private_key::regenerate(fc::sha256(std::string(64, 'b')));
fc::crypto::private_key txn_test_receiver_C_priv_key = fc::crypto::private_key::regenerate(fc::sha256(std::string(64, 'c')));
fc::crypto::public_key  txn_text_receiver_A_pub_key = txn_test_receiver_A_priv_key.get_public_key();
fc::crypto::public_key  txn_text_receiver_B_pub_key = txn_test_receiver_B_priv_key.get_public_key();
fc::crypto::public_key  txn_text_receiver_C_pub_key = txn_test_receiver_C_priv_key.get_public_key();
fc::crypto::private_key creator_priv_key = fc::crypto::private_key(init_priv_key);

//create some test accounts
{
    signed_transaction trx;
    
    //create "A" account
    {
        auto owner_auth   = eosio::chain::authority{1, {{txn_text_receiver_A_pub_key, 1}}, {}};
        auto active_auth  = eosio::chain::authority{1, {{txn_text_receiver_A_pub_key, 1}}, {}};
        trx.actions.emplace_back(vector<chain::permission_level>{{creator,"active"}}, newaccount{creator, newaccountA, owner_auth, active_auth});
    }
    //create "B" account
    {
        auto owner_auth   = eosio::chain::authority{1, {{txn_text_receiver_B_pub_key, 1}}, {}};
        auto active_auth  = eosio::chain::authority{1, {{txn_text_receiver_B_pub_key, 1}}, {}};
        trx.actions.emplace_back(vector<chain::permission_level>{{creator,"active"}}, newaccount{creator, newaccountB, owner_auth, active_auth});
    }
    //create "txn.test.t" account
    {
        auto owner_auth   = eosio::chain::authority{1, {{txn_text_receiver_C_pub_key, 1}}, {}};
        auto active_auth  = eosio::chain::authority{1, {{txn_text_receiver_C_pub_key, 1}}, {}};
        trx.actions.emplace_back(vector<chain::permission_level>{{creator,"active"}}, newaccount{creator, newaccountC, owner_auth, active_auth});
    }
    trx.expiration = cc.head_block_time() + fc::seconds(30);
    trx.set_reference_block(cc.head_block_id());
    trx.sign(creator_priv_key, chainid);
    trxs.emplace_back(std::move(trx));
}

二、token相关

trxs的第二个trx，内容为token创建和issue，为账户转账为之后的测试做准备

为账户txn.test.t设置eosio.token合约，之前在操作cleos set contract的时候可以通过打印结果发现，是有setcode和setabi两个步骤的。
- setcode handler:
  - 设置handler的账户为txn.test.t
  - 将wasm设置为handler的code，wasm是通过eosio.token合约的eosio_token_wast文件获取的，vector<uint8_t> wasm = wast_to_wasm(std::string(eosio_token_wast))
  - 将handler加上相关权限组装成action装入trx的actions集合中。
- setabi handler:
  - 设置handler的账户为txn.test.t
  - 设置handler的abi，将文件eosio_token_abi(json格式的)转成json转储为abi_def结构，然后通过fc::raw::pack操作将结果赋值给abi
  - 将handler加上相关权限组装成action装入trx的actions集合中。
使用账户txn.test.t创建token，标志位CUR，总发行量十亿，装成action装入trx的actions集合中。
issue CUR 给txn.test.t 600枚CUR，装成action装入trx的actions集合中。
从txn.test.t转账给txn.test.a 200枚CUR，装成action装入trx的actions集合中。
从txn.test.t转账给txn.test.b 200枚CUR，装成action装入trx的actions集合中。
trx的actions成员已经设置完毕，完成剩余trx的组装工作（同上），这里只介绍不同的部分
- max_net_usage_words，指定了网络资源的最大使用限制为5000个词。

这一部分的源码展示如下：

//set txn.test.t contract to eosio.token & initialize it
{
    signed_transaction trx;
    vector<uint8_t> wasm = wast_to_wasm(std::string(eosio_token_wast));
    setcode handler;
    handler.account = newaccountC;
    handler.code.assign(wasm.begin(), wasm.end());
    trx.actions.emplace_back( vector<chain::permission_level>{{newaccountC,"active"}}, handler);
    
    {
        setabi handler;
        handler.account = newaccountC;
        handler.abi = fc::raw::pack(json::from_string(eosio_token_abi).as<abi_def>());
        trx.actions.emplace_back( vector<chain::permission_level>{{newaccountC,"active"}}, handler);
    }
    {
        action act;
        act.account = N(txn.test.t);
        act.name = N(create);
        act.authorization = vector<permission_level>{{newaccountC,config::active_name}};
        act.data = eosio_token_serializer.variant_to_binary("create", fc::json::from_string("{\"issuer\":\"txn.test.t\",\"maximum_supply\":\"1000000000.0000 CUR\"}}"));
        trx.actions.push_back(act);
    }
    {
        action act;
        act.account = N(txn.test.t);
        act.name = N(issue);
        act.authorization = vector<permission_level>{{newaccountC,config::active_name}};
        act.data = eosio_token_serializer.variant_to_binary("issue", fc::json::from_string("{\"to\":\"txn.test.t\",\"quantity\":\"600.0000 CUR\",\"memo\":\"\"}"));
        trx.actions.push_back(act);
    }
    {
        action act;
        act.account = N(txn.test.t);
        act.name = N(transfer);
        act.authorization = vector<permission_level>{{newaccountC,config::active_name}};
        act.data = eosio_token_serializer.variant_to_binary("transfer", fc::json::from_string("{\"from\":\"txn.test.t\",\"to\":\"txn.test.a\",\"quantity\":\"200.0000 CUR\",\"memo\":\"\"}"));
        trx.actions.push_back(act);
    }
    {
        action act;
        act.account = N(txn.test.t);
        act.name = N(transfer);
        act.authorization = vector<permission_level>{{newaccountC,config::active_name}};
        act.data = eosio_token_serializer.variant_to_binary("transfer", fc::json::from_string("{\"from\":\"txn.test.t\",\"to\":\"txn.test.b\",\"quantity\":\"200.0000 CUR\",\"memo\":\"\"}"));
        trx.actions.push_back(act);
    }
    
    trx.expiration = cc.head_block_time() + fc::seconds(30);
    trx.set_reference_block(cc.head_block_id());
    trx.max_net_usage_words = 5000;
    trx.sign(txn_test_receiver_C_priv_key, chainid);
    trxs.emplace_back(std::move(trx));
}

发起请求

目前trxs集合已经包含了两个trx元素，其中每个trx包含了多个action。下面要将trxs推送到链上执行

push_transactions函数，遍历trxs元素，每个trx单独发送push_next_transaction
push_next_transaction函数，首先将trx取出通过packed_transaction函数进行组装成post的结构
packed_transaction函数，通过set_transaction函数对trx进行摘捡，使用pack_transaction函数进行组装
pack_transaction函数，就是调用了一下上面提过的fc::raw::pack操作，然后通过accept_transaction函数向链发起请求
accept_transaction函数，是chain_plugin的一个函数，它内部调用了incoming_transaction_async_method异步发起交易请求。

这部分代码比较杂，分为几个部分：

push_transactions函数：

void push_transactions( std::vector<signed_transaction>&& trxs, const std::function<void(fc::exception_ptr)>& next ) {
    auto trxs_copy = std::make_shared<std::decay_t<decltype(trxs)>>(std::move(trxs));
    push_next_transaction(trxs_copy, 0, next);
}

push_next_transaction函数：

static void push_next_transaction(const std::shared_ptr<std::vector<signed_transaction>>& trxs, size_t index, const std::function<void(const fc::exception_ptr&)>& next ) {
      chain_plugin& cp = app().get_plugin<chain_plugin>();
      cp.accept_transaction( packed_transaction(trxs->at(index)), [=](const fc::static_variant<fc::exception_ptr, transaction_trace_ptr>& result){
         if (result.contains<fc::exception_ptr>()) {
            next(result.get<fc::exception_ptr>());
         } else {
            if (index + 1 < trxs->size()) {
               push_next_transaction(trxs, index + 1, next);
            } else {
               next(nullptr);
            }
         }
      });
   }

packed_transaction函数，set_transaction函数以及pack_transaction函数的代码都属于本插件源码之外的EOS库源码，由于本身代码量也较少，含义在上面已经完全解释过了，这里不再粘贴源码。

accept_transaction函数也是EOS的库源码

void chain_plugin::accept_transaction(const chain::packed_transaction& trx, next_function<chain::transaction_trace_ptr> next) {
    my->incoming_transaction_async_method(std::make_shared<packed_transaction>(trx), false, std::forward<decltype(next)>(next));
}

incoming_transaction_async_method(app().get_method<incoming::methods::transaction_async>())

start_generation 接口

该接口的调用方法是：

curl --data-binary '["", 20, 20]' http://localhost:8888/v1/txn_test_gen/start_generation

参数列表为：

第一个参数为 salt，一般用于“加盐”加密算法的值，这里我们可以留空。
第二个参数为 period，发送交易的间隔时间，单位为ms，这里是20。
第三个参数为 batch_size，每个发送间隔周期内打包交易的数量，这里也是20。

翻译过来就是：每20ms提交20笔交易。

接下来，以start_generation 函数为入口进行源码分析。

start_generation 函数

校验：
- period的取值范围为(1, 2500)
- batch_size的取值范围为(1, 250)
- batch_size必须是2的倍数，batch_size & 1结果为假0才可以，这是一个位运算，与&，所以batch_size的值转为二进制时末位不能为1，所以就是2的倍数即可。
- 对标志位running的控制。

这部分代码展示如下：

if(running)
    throw fc::exception(fc::invalid_operation_exception_code);
if(period < 1 || period > 2500)
    throw fc::exception(fc::invalid_operation_exception_code);
if(batch_size < 1 || batch_size > 250)
    throw fc::exception(fc::invalid_operation_exception_code);
if(batch_size & 1)
    throw fc::exception(fc::invalid_operation_exception_code);

running = true;

定义两个action，分别是：
- 账户txn.test.a给txn.test.b转账1000枚CUR
- txn.test.b转给txn.test.a同样1000枚CUR

这部分代码展示如下：

//create the actions here
act_a_to_b.account = N(txn.test.t);
act_a_to_b.name = N(transfer);
act_a_to_b.authorization = vector<permission_level>{{name("txn.test.a"),config::active_name}};
act_a_to_b.data = eosio_token_serializer.variant_to_binary("transfer", fc::json::from_string(fc::format_string("{\"from\":\"txn.test.a\",\"to\":\"txn.test.b\",\"quantity\":\"1.0000 CUR\",\"memo\":\"${l}\"}", fc::mutable_variant_object()("l", salt))));

act_b_to_a.account = N(txn.test.t);
act_b_to_a.name = N(transfer);
act_b_to_a.authorization = vector<permission_level>{{name("txn.test.b"),config::active_name}};
act_b_to_a.data = eosio_token_serializer.variant_to_binary("transfer", fc::json::from_string(fc::format_string("{\"from\":\"txn.test.b\",\"to\":\"txn.test.a\",\"quantity\":\"1.0000 CUR\",\"memo\":\"${l}\"}", fc::mutable_variant_object()("l", salt))));

接下来，是对参数period和batch_size的储存为结构体作用域的变量以供结构体内其他函数调用，然后打印日志，最后调用arm_timer函数。

timer_timeout = period; // timer_timeout是结构体的成员变量
batch = batch_size/2; // batch是结构体的成员变量
ilog("Started transaction test plugin; performing ${p} transactions every ${m}ms", ("p", batch_size)("m", period));
arm_timer(boost::asio::high_resolution_timer::clock_type::now());

arm_timer 函数

从start_generation 函数过来，传入的参数是当前时间now，该函数主要功能是对计时器的初始化操作（计时器与文首的stop_generation函数中的关闭计时器呼应）。具体内容可分为两部分：

设定计时器的过期时间，值为start_generation 接口的参数period与now相加的值，即从现在开始，过period这么久，当前计时器对象timer就过期。
设定计时器的异步定时任务，任务体直接调用send_transaction函数，对函数的返回值进行处理，如果有报错信息（一般是服务中止）则调用stop_generation函数关闭插件。

注意stop_generation函数关闭的是定时任务的无限递归，中止定时任务，停止发送测试交易。但它并没有停止插件服务，我们仍旧可以通过再次请求插件接口启动无限测试交易。

这部分代码如下：

void arm_timer(boost::asio::high_resolution_timer::time_point s) {
    timer.expires_at(s + std::chrono::milliseconds(timer_timeout));
    timer.async_wait([this](const boost::system::error_code& ec) {
        if(!running || ec)
            return;
        
        send_transaction([this](const fc::exception_ptr& e){
            if (e) {
                elog("pushing transaction failed: ${e}", ("e", e->to_detail_string()));
                stop_generation();
            } else { // 如果没有终止报错，则无限递归调用arm_timer函数，递归时传入的参数代替上面的now是当前timer对象的过期时间，这样在新的递归调用中，timer的创建会以这个时间再加上period，无间隔继续执行。
                arm_timer(timer.expires_at());
            }
        });
    });
}

send_transaction 函数

这个函数是本插件的核心功能部分，主要是发送测试交易，对transaction的处理，将我们上面start_generation 函数中设置的两个action打包到transaction中去，以及对transaction各项属性的设置。具体步骤为：

声明trxs，并为其设置大小为start_generation 接口中batch_size的值。

std::vector<signed_transaction> trxs;
trxs.reserve(2*batch);

接下来，与上面介绍的create_test_accounts 接口的账户准备过程相同，准备私钥公钥，不多介绍。继续准备trx的参数：

nonce，是用来赋值context_free_actions的
context_free_actions：官方介绍一大堆，总之就是正常action是需要代价的，要确权，要占用主网资源什么的，所以搞了一个context_free_actions，字面意思就是上下文免费的action，这里权当测试用，填入的数据也是随机nonce组装的。
abi_serializer，用来序列化abi的，传入的system_account_name的abi值，它是在这里被赋值，然而是在结构体的作用域中被调用的。
reference_block_num的处理，引用区块，上面我们也提到过，而这里面增加了一层判断，是根据标志位txn_reference_block_lag的值来比较，也就是说reference_block_num最后的值是最新区块号减去txn_reference_block_lag的值，但是最小值为0，不可为负数。
通过reference_block_num获得reference_block_id

这部分代码如下：

controller& cc = app().get_plugin<chain_plugin>().chain();
auto chainid = app().get_plugin<chain_plugin>().get_chain_id();

fc::crypto::private_key a_priv_key = fc::crypto::private_key::regenerate(fc::sha256(std::string(64, 'a')));
fc::crypto::private_key b_priv_key = fc::crypto::private_key::regenerate(fc::sha256(std::string(64, 'b')));

static uint64_t nonce = static_cast<uint64_t>(fc::time_point::now().sec_since_epoch()) << 32;
abi_serializer eosio_serializer(cc.db().find<account_object, by_name>(config::system_account_name)->get_abi());

uint32_t reference_block_num = cc.last_irreversible_block_num();
if (txn_reference_block_lag >= 0) {
    reference_block_num = cc.head_block_num();
    if (reference_block_num <= (uint32_t)txn_reference_block_lag) {
        reference_block_num = 0;
    } else {
        reference_block_num -= (uint32_t)txn_reference_block_lag;
    }
}

block_id_type reference_block_id = cc.get_block_id_for_num(reference_block_num);

接下来，就是循环打包trx，我们设置的batch_size好比是20，现在我们已有两个action，每个action对应一个trx，则循环只需要执行10次，每次执行两个trx即可实现，每个trx相关的属性在上一阶段都已准备好。直接看代码吧。

for(unsigned int i = 0; i < batch; ++i) {
    {
        signed_transaction trx;
        trx.actions.push_back(act_a_to_b);
        trx.context_free_actions.emplace_back(action({}, config::null_account_name, "nonce", fc::raw::pack(nonce++)));
        trx.set_reference_block(reference_block_id);
        trx.expiration = cc.head_block_time() + fc::seconds(30);
        trx.max_net_usage_words = 100;
        trx.sign(a_priv_key, chainid);
        trxs.emplace_back(std::move(trx));
    }
    {
        signed_transaction trx;
        trx.actions.push_back(act_b_to_a);
        trx.context_free_actions.emplace_back(action({}, config::null_account_name, "nonce", fc::raw::pack(nonce++)));
        trx.set_reference_block(reference_block_id);
        trx.expiration = cc.head_block_time() + fc::seconds(30);
        trx.max_net_usage_words = 100;
        trx.sign(b_priv_key, chainid);
        trxs.emplace_back(std::move(trx));
    }
}

最后，执行

push_transactions(std::move(trxs), next);

这个部分与create_test_accounts 接口发起请求的部分一致，这里不再重复展示。

总结

到这里为止，我们已经完全分析透了txn_test_gen_plugin 插件的内容。本文首先从大体上介绍了插件的架构，生命周期，通讯请求与返回。接着介绍了核心结构体的内容，然后以对外接口为入口，沿着一条线将每个功能的实现完整地研究清楚。通过本文的学习，我们对于EOS插件的体系有了初步深刻的理解，同时我们也完全搞清楚了txn_test_gen_plugin 插件的功能，以及它为什么会达到一个比较高的tps的表现。

参考资料

EOSIO/eos
eos官方文档

一面千人

衣不鲜，体不健，学而时习，悠哉悠哉！