區塊鏈就是何交易打交道，我們今天就介紹下，交易處理過程中的一個重要組成部分：txpool。這篇文章主要從功能角度介紹，通過這篇文章會了解：
- txpool的在交易中的位置和作用。
- txpool的功能，核心組成部分queued和pending。
- txpool如何實現它的功能。
- txpool源碼的重要關注點。
以太坊內部有個重要的內部功能是txpool，從字面意思就能看出來，交易池就是存放交易的池子。它在以太坊中的位置如下圖，只要有新交易，無論是本節點創建的，還是其他peer節點廣播來的，都會先加入到交易池裏，在打包區塊的時候，就從這個池子裏提取，區塊產生之後，共識區塊，交易上鍊。
txpool有4個功能：
- 作爲存放交易的緩衝區，大量交易到來時，先存起來
- 爲打包區塊服務，合適交易會被打包到區塊
- 清理交易
- 當交易的數量多於緩衝區大小時，過濾/懲罰發送大量交易的賬戶（攻擊者）
我們來一張稍微詳細點的模塊交互圖，看txpool怎麼實現上面4個功能的。
緩存功能的設計
txpool中的交易分爲queued和pending 2種，其中queued存放未來的、當前無法執行的交易。以太坊使用nonce值決定某個賬戶的交易順序，多條交易值nonce值必須連續，如果和過去的交易不連續，則無法執行，我們不妨使用nonce值，標記交易的號碼，nonce爲10的交易，稱爲第10號交易。舉個例子，當前賬戶的nonce是10，txpool中有該賬戶的第100號交易，但txpool中沒有第11~99號交易，這些交易的缺失，造成第100號交易無法執行，所以第100號交易就是未來的交易、不可執行的交易，存放在queue中。
pending存放可執行的交易。比如我們把上面的11~99號交易補全了，那麼11~100號交易都可以進入到pending，因爲這些交易都是連續的，都可以打包進區塊。
當節點收到交易（本地節點發起的或peer廣播來的）時，會先存放到queued，txpool在某些情況下，把queued中可執行的交易，轉移到pending中。
爲區塊打包服務
這是txpool最核心的功能，worker在打包區塊的時候，會獲取所有的pending交易，但這些交易還存在txpool中，worker只是讀取出來，至於txpool何時刪除交易，稍後從txpool清理交易的角度單獨在看。
清理交易
txpool清理交易有以下幾種條件，符合任意以下1條的，都是無效交易，會被從pending或者queued中移除：
- 交易的nonce值已經低於賬戶在當前高度上的nonce值，代表交易已過期，交易已經上鍊就屬於這種情況
- 交易的GasLimit大於區塊的GasLimit，區塊容不下交易
- 賬戶的餘額已不足以支持該交易要消耗的費用
- 交易的數量超過了queued和pending的緩衝區大小，需要進行清理
交易清理主要有3個場景：
- txpool訂閱了
ChainHeadEvent事件，該事件代表主鏈上有新區塊產生，txpool會根據最新的區塊，檢查每個賬號的交易，有些無效的會被刪除，有些由於區塊回滾會從pending移動到queued，然後把queued中可執行的交易移動到pending，爲下一輪區塊打包組號準備。 - queued交易移動到pending被稱爲“提升”（promote），這個過程中，同樣會檢查交易，當交易不符合以上條件時，就會被直接從queued中刪除。
- 刪除停留在queued中超過3小時的交易，3小時這個超時時間是可以通過
geth的啓動參數調整的。txpool記錄了某個賬戶交易進入pending的時間，如果這個時間超過了3小時，代表該賬號的交易遲遲不能被主鏈打包，既然無法被主鏈接受，就刪除掉在queued中本來就無法執行的交易。
懲罰惡意賬號
這也是txpool很重要的一個屬性，可以防止惡意賬戶以發起大量垃圾交易。防止惡意用戶造成：
- 佔用txpool空間
- 浪費節點大量內存和CPU
- 降低打包性能
只有當交易的總數量超過緩衝區大小時，txpool纔會認爲有惡意賬戶發起大量交易。pending和queued緩衝區大小不同，但處理策略類似：
- pending的緩衝區容量是4096，當pending的交易數量多於此時，就會運行檢查，每個賬號的交易數量是否多於16，把這些賬號蒐集出來，進行循環依次清理，什麼意思呢？就是每輪只刪除（移動到queued）這些賬號的每個賬號1條交易，然後看數量是否降下來了，不滿足再進行下一輪，直到滿足。
- queued的緩衝區容量是1024，超過之後清理策略和pending差不多，但這裏可是真刪除了。
該部分功能未抽象成單獨的函數，而是在promoteExecutables()中，就是在每次把queued交易轉移到pending後執行的。
本地交易的特權，txpool雖然對交易有諸多限制，但如果交易是本節點的賬號發起的，以上數量限制等都對他無效。所以，如果你用本節點賬號不停的發送交易，並不會被認爲是攻擊者，你用txpool.status命令，可以查看到交易的數量，肯定可以大於4096，我曾達到過60000+。
重點關注的源碼
txpool的主要設計上面就講完了，如果你想把txpool的代碼閱讀一番，我建議你重點關注一下這些函數和變量，按圖索驥能就完全掌握txpool的實現。
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TxPoolConfig：txpool的配置參數 -
chainHeadCh：txpool訂閱了新區塊事件 -
pending：pending的交易，每個賬號都有一個交易列表 -
queue：queued的交易，每個賬號都有一個交易列表 -
loop：txpool的事件處理函數 -
addTx：添加1條交易的源頭，你能找到類似的函數 -
promoteExecutables：queued交易移動到pending -
reset：根據當前區塊的最新高度，重置txpool中的交易
仔細閱讀一遍，你會發現txpool會涉及多個鎖（TxPool.mu, TxPool.all, TxPool.priced.all），所以當txpool中的交易很多時，它的性能是很低的，這也會影響到區塊的打包。
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