區(qū)塊鏈入門開發(fā)工具Forge介紹

我第一次通過喬·阿姆斯特朗（Joe Armstrong）了解到了 Erlang/OTP，他將世界分解成可以像人類一樣相互交談的進程。當(dāng)我開始在 ArcBlock 區(qū)塊基石［1］工作時，我們的任務(wù)是構(gòu)建一個區(qū)塊鏈平臺，我們決定將 Erlang/OTP 廣泛用于后端服務(wù)，以及我們的區(qū)塊鏈開發(fā)框架：Forge。本文中描述了這些原因，并且因為 OTP 的功能，我們得以構(gòu)建一個具有高度實用性、可立即開展生產(chǎn)的區(qū)塊鏈框架，它不僅提供運行區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)，同時極大地簡化了新一代應(yīng)用和服務(wù)的需要。

區(qū)塊鏈框架入門

Forge是區(qū)塊鏈開發(fā)工具，它極大地簡化了構(gòu)建框架以支持多鏈網(wǎng)絡(luò)，即創(chuàng)建自己的鏈（Build Your Own Chain，BYOC）這一概念的過程。在 Forge 之前，創(chuàng)建一條區(qū)塊鏈是很有挑戰(zhàn)性的。如果人們想要自己發(fā)鏈，首先需要設(shè)置一個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的不同組件，包括共識算法、點對點網(wǎng)絡(luò)等。在花費大量精力使這些組件協(xié)同工作之后，開發(fā)者還需要決定如何調(diào)整鏈的不同參數(shù)，例如通證供應(yīng)總量和分配、特定交易設(shè)置和管理員訪問控制等。如果足夠幸運讓區(qū)塊鏈運行起來，但如果發(fā)現(xiàn)即使有一些輕微出錯，則需要停止所有運行的節(jié)點，并從頭開始，重新進行設(shè)置。

在 Forge［2］，我們使用 Erlang/OTP 已經(jīng)可用的功能和優(yōu)點提供一個幫助開發(fā)者完成所有困難工作的框架。例如，如果您使用Forge啟動一個區(qū)塊鏈，唯一的要求是通過在配置或運行時啟用或禁用它們來設(shè)置行為。更重要的是，如果您希望在鏈啟動時進行更新，則可以熱升級系統(tǒng)的各個部分，而無需重新啟動整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點——這是任何產(chǎn)品級應(yīng)用或服務(wù)的關(guān)鍵特性。

在 Forge 框架的設(shè)計規(guī)劃階段，我們還評估了其他區(qū)塊鏈社區(qū)的流行語言，如 Golang。Golang 有它的好處，包括一些非常高級的庫；然而，為了構(gòu)建我們想要提供給客戶的強大平臺，真正推動我們走向 Elixir 的有三件事。

把問題簡化為進程

首先，需要將復(fù)雜的問題分解為進程。區(qū)塊鏈本身是許多問題的混合解決方案，OTP 使我們可以解構(gòu)并逐個解決它們。將不同的進程分組到應(yīng)用的靈活性也有助于代碼庫維護。

例如，當(dāng)用戶需要構(gòu)建區(qū)塊鏈節(jié)點時，這是一個非常類似于構(gòu)建操作系統(tǒng)的過程。我們需要編排一個“應(yīng)用程序”列表，為交換事件協(xié)同工作（例如，區(qū)塊鏈系統(tǒng)交易），執(zhí)行這些事件，然后存儲更新后的狀態(tài)。為了幫助每個人理解其工作原理，很容易把結(jié)構(gòu)分解成幾個核心應(yīng)用程序：

?共識應(yīng)用程序：管理與共識算法相關(guān)任務(wù)的進程

?存儲應(yīng)用程序：管理與文件系統(tǒng)相關(guān)任務(wù)的進程

?Forge 應(yīng)用程序：執(zhí)行智能合約并支持 RPC 界面的進程

?事件應(yīng)用程序：管理事件訂閱的進程

?索引應(yīng)用程序：持續(xù)從狀態(tài)數(shù)據(jù)庫抓取數(shù)據(jù)并將其索引至相關(guān)數(shù)據(jù)庫的進程

在這些應(yīng)用程序中，F(xiàn)orge 還有一些其他進程，它們相互合作，幫助進程并處理區(qū)塊鏈的交易活動。例如：

?當(dāng)用戶發(fā)出交易時，gRPC 服務(wù)器會對其進行處理并將其推至內(nèi)存池的陣列

?若交易有效，它將被插入內(nèi)存池，然后涌入整個網(wǎng)絡(luò)；否則，它會被放棄

?當(dāng)區(qū)塊同步給我們后，交易會被一個接一個收取并由智能合約引擎執(zhí)行

安排這些活動可能很困難。然而，在 OTP 的幫助下，我們能夠通過一種持續(xù)的分而治之的方法輕松地管理負責(zé)的進程——將事物組織成應(yīng)用程序，將每個應(yīng)用程序組織成一個監(jiān)控樹，并且每棵樹由許多小進程組成。當(dāng)需要并發(fā)時，我們可以輸出進程池；當(dāng)需要固定的順序處理時，我們使用單個進程——從本質(zhì)上講，它的收件箱充當(dāng)消息隊列，這保證了任務(wù)以正確的順序得到處理。

“易崩潰”

第二是“讓它崩潰”的思想。區(qū)塊鏈系統(tǒng)由許多通過網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的運行實體構(gòu)成。重要的是，我們需要有適當(dāng)?shù)腻e誤處理系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或其他意外中斷發(fā)生時能夠維持正常運行。

例如，如果一個進程需要讀取鏈上信息來處理 RPC 請求，并且因網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定而崩潰，在這種情況下，重試幾次就可以修復(fù)問題。那么，OTP 中的監(jiān)控器可以幫助恢復(fù)進程。這正是喬·阿姆斯特朗（Joe Armstrong）所說的“編寫一次，永遠運行”的完美例證。

為區(qū)塊鏈準備就緒

我們選擇 Erlang/OTP 的第三個重要原因是它為區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供了許多出色的內(nèi)置功能，比如熱升級、并發(fā)和高可用性。

區(qū)塊鏈框架的一個作用是以混合的方式運行框架代碼和客戶自己代碼，這需要安全隔離才能正常工作。

例如，用戶自定義的智能合約可能使用與框架定義的合約相同的變量名。其他配置可能會替換系統(tǒng)的某些部分（例如，客戶可能可以用自己的部署替換共識引擎），并且可以在運行時將新功能添加到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈節(jié)點中，而不會影響可用性和穩(wěn)定性。因此，F(xiàn)orge 是在巨人的肩膀上打造的，這是一個經(jīng)過戰(zhàn)斗考驗的生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠提供我們所需要的特性。

開放靈活

使用 Erlang/OTP 讓區(qū)塊鏈框架擁有優(yōu)于其他語言的非常重要的優(yōu)勢，就是靈活性。作為區(qū)塊鏈開發(fā)框架，F(xiàn)orge 在設(shè)計時便是擴展開放的：您可以通過添加更多的應(yīng)用程序來擴展框架，以實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，比如使用不同的共識引擎。

在我們基于 Erlang/OTP 的框架中創(chuàng)建的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)允許用戶在需要時熱升級他們的智能合約，而無需關(guān)閉整個系統(tǒng)，這為用戶在運行時提供了極大的靈活性。例如，如果需要刪除區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的一個節(jié)點來升級部分代碼，則需要同時升級所有節(jié)點，以便它們使用相同的代碼邏輯集并輸出相同的結(jié)果。在這種情況下，OTP 允許在交易中包含部分升級，所有節(jié)點都可以執(zhí)行交易務(wù)并同時升級代碼。

總結(jié)

如果可以選擇構(gòu)建面向未來的區(qū)塊鏈框架，我們團隊還是將 100% 使用 Erlang/OTP。當(dāng)他人還在努力構(gòu)建和維護復(fù)雜的系統(tǒng)時，Erlang/OTP 已經(jīng)在高壓環(huán)境中接受了時間的考驗。當(dāng)今的 Erlang/OTP 解決了我們面臨的大部分挑戰(zhàn)，讓我們的團隊能夠更多地關(guān)注于構(gòu)建高級功能特性，并讓它們更加用戶友好。