兄弟连区块链教程Fabric1.0源代码分析blockfile区块文件存储一

1、blockfile概述
blockfile，即Fabric区块链区块文件存储，默认目录/var/hyperledger/production/ledgersData/chains，含index和chains两个子目录。
其中index为索引目录，采用leveldb实现。而chains为各ledger的区块链文件，子目录以ledgerid为名，使用文件系统实现。
区块文件以blockfile_为前缀，最大大小默认64M。
blockfile，相关代码集中在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage目录，目录结构如下：
blockfile_mgr.go，blockfileMgr和checkpointInfo结构体及方法。
block_stream.go，blockfileStream、blockStream、blockPlacementInfo结构体及方法。
blockfile_rw.go，blockfileWriter和blockfileReader结构体及方法（blockfileReader未使用）。
blockindex.go，index接口定义，index接口实现即blockIndex结构体及方法定义，以及blockIdxInfo、locPointer、fileLocPointer结构体及方法。
blockfile_helper.go，定义了4个工具函数，constructCheckpointInfoFromBlockFiles、retrieveLastFileSuffix、isBlockFileName、getFileInfoOrPanic。
作用分别为：扫描最新的blockfile并重新构造检查点信息、获取最新的文件后缀、根据文件前缀判断是否为区块文件、获取文件状态信息。
block_serialization.go，block序列化相关工具函数。
blocks_itr.go，blocksItr结构体及方法。
2、Block结构体定、以及Block序列化
2.1、Block相关结构体
Block结构体：
type Block struct {
    Header   *BlockHeader //BlockHeader
    Data     *BlockData //BlockData
    Metadata *BlockMetadata
}

func (m *Block) GetHeader() *BlockHeader //获取BlockHeader，即m.Header
func (m *Block) GetData() *BlockData //获取BlockData，即m.Data
func (m *Block) GetMetadata() *BlockMetadata //m.Metadata
//代码在protos/common/common.pb.go
BlockHeader结构体：
type BlockHeader struct {
    Number       uint64 //区块编号
    PreviousHash []byte //前一个区块哈希
    DataHash     []byte //当前区块哈希
}

func (m *BlockHeader) GetNumber() uint64 //获取区块编号，即m.Number
func (m *BlockHeader) GetPreviousHash() []byte //获取前一个区块哈希，即m.PreviousHash
func (m *BlockHeader) GetDataHash() []byte //获取当前区块哈希，即m.DataHash
//代码在protos/common/common.pb.go
BlockData结构体：
type BlockData struct {
    Data [][]byte //Data，存储交易信息
}

func (m *BlockData) GetData() [][]byte //获取Data，即m.Data
//代码在protos/common/common.pb.go
BlockMetadata结构体：
type BlockMetadata struct {
    Metadata [][]byte //K/V均为[]byte格式
}

func (m *BlockMetadata) GetMetadata() [][]byte //m.Metadata
//代码在protos/common/common.pb.go
补充BlockMetadataIndex：
type BlockMetadataIndex int32

const (
    BlockMetadataIndex_SIGNATURES          BlockMetadataIndex = 0
    BlockMetadataIndex_LAST_CONFIG         BlockMetadataIndex = 1
    BlockMetadataIndex_TRANSACTIONS_FILTER BlockMetadataIndex = 2
    BlockMetadataIndex_ORDERER             BlockMetadataIndex = 3
)
2.2、Block序列化
serializedBlockInfo结构体定义及工具函数：
type serializedBlockInfo struct {
    blockHeader *common.BlockHeader //BlockHeader
    txOffsets   []*txindexInfo //交易索引信息
    metadata    *common.BlockMetadata
}

type txindexInfo struct {
    txID string //交易ID
    loc  *locPointer //文件指针
}

//序列化区块，返回序列化后字节，以及serializedBlockInfo（含BlockHeader和交易索引信息）
func serializeBlock(block *common.Block) ([]byte, *serializedBlockInfo, error)
//反序列化区块，构建Block结构体
func deserializeBlock(serializedBlockBytes []byte) (*common.Block, error)
//反序列化区块，并构造serializedBlockInfo
func extractSerializedBlockInfo(serializedBlockBytes []byte) (*serializedBlockInfo, error)
//序列化中添加BlockHeader，即Number、DataHash和PreviousHash
func addHeaderBytes(blockHeader *common.BlockHeader, buf *proto.Buffer) error
//序列化中添加BlockData，并从BlockData中解析txid，返回交易索引信息数组
func addDataBytes(blockData *common.BlockData, buf *proto.Buffer) ([]*txindexInfo, error)
//序列化中添加Metadata
func addMetadataBytes(blockMetadata *common.BlockMetadata, buf *proto.Buffer) error
//反序列化出BlockHeader
func extractHeader(buf *ledgerutil.Buffer) (*common.BlockHeader, error)
//反序列化出BlockData，并返回交易索引信息数组
func extractData(buf *ledgerutil.Buffer) (*common.BlockData, []*txindexInfo, error)
//反序列化出Metadata
func extractMetadata(buf *ledgerutil.Buffer) (*common.BlockMetadata, error)
//从BlockData中解析出交易ID
func extractTxID(txEnvelopBytes []byte) (string, error)
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/block_serialization.go
3、checkpointInfo结构体定义及方法
checkpointInfo，即检查点信息，结构体定义如下：
type checkpointInfo struct {
    latestFileChunkSuffixNum int //最新的区块文件后缀，如blockfile_000000
    latestFileChunksize      int //最新的区块文件大小
    isChainEmpty             bool //是否空链
    lastBlockNumber          uint64 //最新的区块编号
}
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/blockfile_mgr.go
涉及方法如下：
func (i *checkpointInfo) marshal() ([]byte, error) //checkpointInfo序列化
func (i *checkpointInfo) unmarshal(b []byte) error //checkpointInfo反序列化
func (i *checkpointInfo) String() string //转换为string
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/blockfile_mgr.go
4、blockfileStream相关结构体及方法
4.1、blockfileStream
blockfileStream定义如下：
type blockfileStream struct {
    fileNum       int //blockfile文件后缀
    file          *os.File //os.File
    reader        *bufio.Reader //bufio.Reader
    currentOffset int64 //当前偏移量
}
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/block_stream.go
涉及方法如下：
//构造blockfileStream
func newBlockfileStream(rootDir string, fileNum int, startOffset int64) (*blockfileStream, error) 
func (s *blockfileStream) nextBlockBytes() ([]byte, error) //下一个块，调取s.nextBlockBytesAndPlacementInfo()
//下一个块和位置信息
func (s *blockfileStream) nextBlockBytesAndPlacementInfo() ([]byte, *blockPlacementInfo, error) 
func (s *blockfileStream) close() error //关闭blockfileStream
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/block_stream.go
func (s *blockfileStream) nextBlockBytesAndPlacementInfo() ([]byte, *blockPlacementInfo, error) 代码如下：
var lenBytes []byte
var err error
var fileInfo os.FileInfo
moreContentAvailable := true

fileInfo, err = s.file.Stat() //获取文件状态
remainingBytes := fileInfo.Size() - s.currentOffset //文件读取剩余字节
peekBytes := 8
if remainingBytes < int64(peekBytes) { //剩余字节小于8，按实际剩余字节，否则按8
    peekBytes = int(remainingBytes)
    moreContentAvailable = false
}
//存储形式：前n位存储block长度length，之后length位为实际block
lenBytes, err = s.reader.Peek(peekBytes) //Peek 返回缓存的一个切片，该切片引用缓存中前 peekBytes 个字节的数据
length, n := proto.DecodeVarint(lenBytes) //从切片中读取 varint 编码的整数，它返回整数和被消耗的字节数。
    err = s.reader.Discard(n) //丢弃存储block长度length的前n位
    blockBytes := make([]byte, length)
    _, err = io.ReadAtLeast(s.reader, blockBytes, int(length))
    blockPlacementInfo := &blockPlacementInfo{
        fileNum:          s.fileNum,
        blockStartOffset: s.currentOffset,
        blockBytesOffset: s.currentOffset + int64(n)}
    s.currentOffset += int64(n) + int64(length)
    return blockBytes, blockPlacementInfo, nil
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/block_stream.go
补充blockPlacementInfo：块位置信息
type blockPlacementInfo struct {
    fileNum          int //块文件后缀
    blockStartOffset int64 //n+length，n之前
    blockBytesOffset int64 //n+length，length之前
}
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/block_stream.go
5、blockfileWriter结构体定义及方法
type blockfileWriter struct {
    filePath string //路径
    file     *os.File //os.File
}

func newBlockfileWriter(filePath string) (*blockfileWriter, error) //构造blockfileWriter，并调用writer.open()
func (w *blockfileWriter) truncateFile(targetSize int) error //截取文件
func (w *blockfileWriter) append(b []byte, sync bool) error //追加文件
func (w *blockfileWriter) open() error //打开文件
func (w *blockfileWriter) close() error //关闭文件
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/blockfile_rw.go
6、blockIndex相关结构体及方法
6.1、index接口定义
type index interface {
    getLastBlockIndexed() (uint64, error) //获取最后一个块索引（或编号）
    indexBlock(blockIdxInfo *blockIdxInfo) error //索引区块
    getBlockLocByHash(blockHash []byte) (*fileLocPointer, error) //根据区块哈希，获取文件区块指针
    getBlockLocByBlockNum(blockNum uint64) (*fileLocPointer, error) //根据区块编号，获取文件区块指针
    getTxLoc(txID string) (*fileLocPointer, error) //根据交易ID，获取文件交易指针
    getTXLocByBlockNumTranNum(blockNum uint64, tranNum uint64) (*fileLocPointer, error) //根据区块编号和交易编号，获取文件交易指针
    getBlockLocByTxID(txID string) (*fileLocPointer, error)//根据交易ID，获取文件区块指针
    getTxValidationCodeByTxID(txID string) (peer.TxValidationCode, error)//根据交易ID，获取交易验证代码
}
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/blockindex.go
6.2、blockIndex结构体
blockIndex结构体定义如下：
type blockIndex struct {
    indexItemsMap map[blkstorage.IndexableAttr]bool //index属性映射
    db            *leveldbhelper.DBHandle //index leveldb操作
}
//代码在common/ledger/blkstorage/fsblkstorage/blockindex.go
补充IndexableAttr：
const (
    IndexableAttrBlockNum         = IndexableAttr("BlockNum")
    IndexableAttrBlockHash        = IndexableAttr("BlockHash")
    IndexableAttrTxID             = IndexableAttr("TxID")
    IndexableAttrBlockNumTranNum  = IndexableAttr("BlockNumTranNum")
    IndexableAttrBlockTxID        = IndexableAttr("BlockTxID")
    IndexableAttrTxValidationCode = IndexableAttr("TxValidationCode")
)
//代码在common/ledger/blkstorage/blockstorage.go