以太坊区块链Java（EthereumJ）学习笔记：概述

本系列文章介绍以太坊区块链基于Java语言的解决方案。通过介绍EthereumJ定义的主要模块和Class，希望为大家学习和使用EthereumJ提供一些帮助。

整体架构

以太坊的Java解决方案主要是由两个项目来实现的：

l  EthereumJ（https://github.com/ethereum/ethereumj），实现了Ethereum定义的核心协议，完成了区块链的核心功能。

l  Ethereum Harmony（https://github.com/ether-camp/ethereum-harmony），提供了Ethereum用户访问层的功能。

下图描述了两个项目里的主要的模块。

在EthereumJ里面，

l  最底层的DataSource提供了数据的persistence。数据采用的是<key, value>格式，以byte的形式保存，缺省使用的是Facebook的RocksDB。

l  Blockchain Management实现了以太坊定义的Trie node，Transaction，Block，Block chain等数据结构，以及这些数据结构的管理功能。

l  P2P Network实现了以太坊定义的devp2p协议，实现了以太坊的网络的，nodes之间的发现和nodes之间的通信功能。

l  Sync Management，实现了以太坊网络nodes之间同步blocks/Transactions的功能。

l  Block Mining实现了Ethash协议定义的block生成以及产生共识的功能。

l  Program/VM实现了Solidity的compile和prgram的执行功能。

在Ethereum Harmony里面，

l  Json RPC实现了以太坊定义的RPC接口，应用可以通过该RPC接口访问EthereumJ的数据，如Blocks，Transactions，Balance等。

l  Wallet实现了简单的Wallet功能，可以采用Ethereum Go相同的key store格式来保存Account的私钥。记录了Account的Balance余额。但是无法显示Account的Transactions的历史记录。

l  Command Terminal可以执行RPC的操作。

l  Peer Connection显示了与EthereumJ相链接的Peer的状态。

主要配置文件

Ethereum Harmony/EthereumJ提供了很多的sample配置文件，通过不同的配置文件可以实现访问不同的以太坊网络，如MainNet，TestNet以及私有网络。

EthereumJ.conf

EthereumJ提供了很多的配置选项来差异化的定制系统, 配置文件采用Json的格式。缺省的Ethereumj.conf文件配置了系统的绝大部分参数，一般用户只需要在自己的配置文件，定义很少的参数，如database的文件存储位置，genesis配置文件的位置，系统的privateKey，listening port等系统外部参数。

EhereumJ的配置文件是由SystemProperties.java通过typesafe的config类库读取的。用户可以通过多个配置文件，实现系统在不同的部署环境下运行说需要的差异化配置。

l  JVM的system property定义的某个参数

l  JVM命令行定义的ethereumj.conf.file（-Dethereumj.conf.file）文件位置

l  JVM的resource path下的test-user.conf

l  JVM的resource path下的test-ethereumj.conf

l  OS的user.dir目录下的/config/ehtereumj.conf

l  JVM的resource path下的user.conf

l  JVM命令行定义的ethereumj.conf.res（-Dethereumj.conf.res）在JVM的resource path下的文件

l  系统缺省的ethereumj.conf

上面列出了配置生效的顺序（优先级从上到下）。

Genesis.json

Genesis.json定义了每一个以太坊网络的第0个block。该网络里后续mining的区块链上的blocks都是建立在这一个block的数据的基础上的。如果要建立一个私有的以太坊网络，需要定义一个不同于其它以太坊网络的gensis block。同一个私有网络的genesis.json需要完全一致。

一个典型的genesis.json的配置文件如下：

// genesis.json

{

"alloc": {

"0xca843569e3427144cead5e4d5999a3d0ccf92b8e": {

"balance": "1000000000000000000000000000"

},

"0x0fbdc686b912d7722dc86510934589e0aaf3b55a": {

"balance": "1000000000000000000000000000"

}

},

"config": {

"chainID": 68,

"homesteadBlock": 0,

"eip155Block": 0,

"eip158Block": 0

},

"nonce": "0x0000000000000000",

"difficulty": "0x0400",

"mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",

"coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",

"timestamp": "0x00",

"parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",

"extraData": "0x43a3dfdb4j343b428c638c19837004b5ed33adb3db69cbdb7a38e1e50b1b82fa",

"gasLimit": "0xffffffff"

}

其中alloc的数据定义了网络开始就已经生效的account。配置数据，包括该account的address和account的state，如balance等。

Config也定义了以太坊网络的配置参数，这里面的配置将会覆盖EthereumJ的配置文件里配置的以太坊网络的配置参数。以太坊网络在实际的部署过程中，发现了一些问题，网络为了改正这些错误进行了相应的升级。这些升级反应在以太坊网络的配置参数，以太坊网络里的Node上的程序按照这些配置参数来工作。Config里配置决定了网络节点在某一个block序号开始采用何种网络工作版本。下面是MainNetConfig里定义的不同的block序号，采用不同的网络工作版本。

add(0, new FrontierConfig());

add(1_150_000, new HomesteadConfig());

add(1_920_000, new DaoHFConfig());

add(2_463_000, new Eip150HFConfig(new DaoHFConfig()));

add(2_675_000, new Eip160HFConfig(new DaoHFConfig()));

add(4_370_000, new ByzantiumConfig(new DaoHFConfig()));

如果是一个私有的网络，就可以从第一个block开始就采用最新的工作版本了。

Difficulty定义了共识算法的难度。该数值越小，表示越容易生成新的block。如果是私有网络，可以定义较小的值来快速的生成block，从而提高网络的响应速度。

gasLimit定义了本网络的每一个block产生时，允许使用的最大gas数量。

下面的参数主要用于配置网络节点产生新的block，在genesis的block里不被使用。

Nonce/MixHash是为了验证新生成的block是否有效。

ParentHash是上一个block的hash。

Coinbase是成功生成block后，该地址的account将会得到奖励。

启动

EthereumJ使用Spring Framework来加载各个模块。

在EthereumJ的samples里面，提供了很多的例子，使用EthereumFactory的createEthereum()来加载Spring的Application Context。Spring通过加载EthereumJ定义的DefaultConfig和CommonConfig来加载EthereumJ的其它模块。EthereumJ除了在这两个类里创建的多个spring beans，在CommonConfig里通过Spring的ComponentScan的功能创建了EthereumJ定义的多个Components，Services。

EthereumJ启动的主要Spring Beans包括：

l  DataSources类，定义了多个Data Source的访问类（实现了Source<K,V>接口），采用了Decorator模式，实现了多种cache，DB access等功能。

l  BlockMiner，block mining的主要管理模块。

l  WorldManager，作为主要的管理模块，启动了block chain的创建，和以太坊node间的同步。

l  EthereumImpl，实现了Ethereum接口。Ethereum接口提供了外部应用程序访问以太坊内部功能的多个methods。

其它的主要模块，在后续的文章里会有介绍。