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干货 | 编程小白模拟简易比特币系统，手把手带你写一波（附代码）

区块链大本营2020-03-11 13:17:57

本文来源：区块链大本营

作者： VV一笑ヽ

如果有一个 p2p 的 demo，我们要怎么才能应用到区块链当中？

今天就来一起尝试一下吧！

首先，我们需要模拟网络中的多个节点相互通讯，我们假设现在的情况是有AB两个节点整个过程如下图所示：

梳理流程

让我们来梳理一下整个流程，明确在p2p网络中需要做的事情。

启动节点A。A首先创建一个创世区块
创建钱包A1。调用节点A提供的API创建一个钱包，此时A1的球球币为0。
A1挖矿。调用节点A提供的挖矿API，生成新的区块，同时为A1的钱包有了系统奖励的球球币。
启动节点B。节点B要向A 同步信息 ，当前的区块链，当前的交易池，当前的所有钱包的公钥。
创建钱包B1、A2，调用节点A和B的API， 要广播（通知每一个节点）出去创建的钱包（公钥） ，目前节点只有两个，因此A需要告诉B，A2的钱包。B需要告诉A，B1的钱包。
A1转账给B1。调用A提供的API，同时 广播交易 。
A2挖矿记账。调用A提供的API，同时 广播新生成的区块 。

总结一下，就是节点刚开始加入到区块链网络中，需要同步其他节点的

区块链信息
钱包信息
交易信息

已经处于网络中的某个节点，在下述情况下需要通知网络中的其他节点

发生新的交易
创建新的钱包
挖矿产生新区块

P2P的大致流程为下方几点，我们后边的实现会结合这个过程。

client→server 发送消息，一般是请求数据
server收到消息后，向client发送消息（调用service，处理后返回数据）
client收到消息处理数据（调用service，对数据处理）

相关代码

在实现的过程中，由于消息类型较多，封装了一个消息对象用来传输消息，对消息类型进行编码，统一处理，消息对象Message，实现了Serializable接口，使其对象可序列化：


public class Message implements Serializable {
/**
     * 消息内容，就是我们的区块链、交易池等所需要的信息，使用JSON.toString转化到的json字符串
     */
private String data;
/**
     * 消息类型
     */
private int type;
}

涉及到的消息类型（type）有：


/**
 * 查询最新的区块
 */
private final static int QUERY_LATEST_BLOCK = 0;
/**
 * 查询整个区块链
 */
private final static int QUERY_BLOCK_CHAIN = 1;
/**
 * 查询交易集合
 */
private final static int QUERY_TRANSACTION = 2;
/**
 * 查询已打包的交易集合
 */
private final static int QUERY_PACKED_TRANSACTION = 3;
/**
 * 查询钱包集合
 */
private final static int QUERY_WALLET = 4;
/**
 * 返回区块集合
 */
private final static int RESPONSE_BLOCK_CHAIN = 5;
/**
 * 返回交易集合
 */
private final static int RESPONSE_TRANSACTION = 6;
/**
 * 返回已打包交易集合
 */
private final static int RESPONSE_PACKED_TRANSACTION = 7;
/**
 * 返回钱包集合
 */
private final static int RESPONSE_WALLET = 8;

由于代码太多，就不全部粘在这里了，以client同步其他节点钱包信息为例，结合上面的p2p网络交互的三个步骤，为大家介绍下相关的实现。

1、client→server 发送消息，一般是请求数据

在client节点的启动类首先创建client对象，调用client内部方法，连接server。

启动类main方法中关键代码，（端口参数配置在args中）：


P2PClient p2PClient = new P2PClient();
String url = "ws://localhost:"+args[0]+"/test";       
p2PClient.connectToPeer(url);

P2PClient中的connectToPeer方法


public void connectToPeer(String url) throws IOException, DeploymentException {
    WebSocketContainer container = ContainerProvider.getWebSocketContainer();
    URI uri = URI.create(url);
this.session = container.connectToServer(P2PClient.class, uri);
}

P2PClient中，WebSocketContainer.connectToServer的时候会回调onOpen函数，假设我们只查询钱包公钥信息，此时服务端会接收到相应的请求。


@OnOpen
public void onOpen(Session session) {
this.session = session;
    p2PService.sendMsg(session, p2PService.queryWalletMsg());
}

注意：我把解析消息相关的操作封装到了一个service 中，方便server和client的统一使用。给出相应的queryWalletMsg方法：


public String queryWalletMsg() {
return JSON.toJSONString(new Message(QUERY_WALLET));
}

以及之前提到的sendMsg方法：


@Override
public void sendMsg(Session session, String msg) {
session.getAsyncRemote().sendText(msg);
}

2、server收到消息后，向client发送消息（调用service，处理后返回数据）

server收到消息，进入P2PServer中OnMessage方法


/**
 * 收到客户端发来消息
 * @param msg  消息对象
 */
@OnMessage
public void onMessage(Session session, String msg) {
    p2PService.handleMessage(session, msg);
}

p2PService.handleMessage就是解析接收到的消息（msg），根据类型的不同调用其他的方法（一个巨型switch语句，这里就介绍一小部分），这里我们接收到了client传来的信息码QUERY_WALLET。


@Override
public void handleMessage(Session session, String msg) {
    Message message = JSON.parseObject(msg, Message.class);
switch (message.getType()){
case QUERY_WALLET:
            sendMsg(session, responseWallets());
break;
case RESPONSE_WALLET:
            handleWalletResponse(message.getData());
break;
            ......
    }

根据信息码是QUERY_WALLET，调用 responseWallets()方法，得到数据。


private String responseWallets() {
String wallets = blockService.findAllWallets();
return JSON.toJSONString(new Message(RESPONSE_WALLET, wallets));
}

这里我把区块链的相关操作也封装到了一个service中，下面给出findAllWallets的具体实现，其实就是遍历钱包集合，统计钱包公钥，没有什么难度。


@Override
public String findAllWallets() {
    List wallets = new ArrayList<>();
    myWalletMap.forEach((address, wallet) ->{
        wallets.add(Wallet.builder().publicKey(wallet.getPublicKey()).build());
    });
    otherWalletMap.forEach((address, wallet) ->{
        wallets.add(wallet);
    });
return JSON.toJSONString(wallets);
}

得到数据之后，返回给client：

因此我们的 responseWallets()方法中，最后一句话新建了一个message对象，并设置了信息码为RESPONSE_WALLET，在handleMessage中调用了sendmsg方法回传给client。


case QUERY_WALLET:
        sendMsg(session, responseWallets());
        break;

3、client收到消息处理数据（调用service，对数据处理）

client收到了请求得到的数据，进入P2PClient中的OnMessage方法


@OnMessage
public void onMessage(String msg) {
    p2PService.handleMessage(this.session, msg);
}

同样进入我们上面提到的p2PService.handleMessage方法，此时收到的信息码为RESPONSE_WALLET，进入handleWalletResponse方法


case RESPONSE_WALLET:
        handleWalletResponse(message.getData());
        break;

handleWalletResponse的实现，解析接收到的钱包公钥信息，并存储到client节点的blockService中。


private void handleWalletResponse(String msg) {
    List wallets = "\"[]\"".equals(msg)?new ArrayList<>():JSON.parseArray(msg, Wallet.class);
    wallets.forEach(wallet -> {
        blockService.addOtherWallet(walletService.getWalletAddress(wallet.getPublicKey()),wallet );
    });
}

在具体实现中，由于使用到了注入服务的方式，在向server（@ServerEndpoint）和client（@ClientEndpoint）中使用@Autowired 注解注入Bean的时候，由于Spring boot 单例的特点，而websocket每次都会创建一个新的对象，所以在使用服务的时候会导致出现空指针异常，因此，我们创建了一个工具类Springtil，每次需要服务时，都从Spring容器中获取到我们所需要的bean，下面给出工具类代码。


public class SpringUtil implements ApplicationContextAware {
public static ApplicationContext applicationContext;
    @Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
if (SpringUtil.applicationContext != null) {
            SpringUtil.applicationContext = applicationContext;
        }
    }
/**
     * 获取applicationContext
     */
public static ApplicationContext getApplicationContext() {
return applicationContext;
    }

/** * 通过name获取 Bean. */ public static Object getBean(String name) { return getApplicationContext().getBean(name); } /** * 通过class获取Bean. */ public static T getBean(Class clazz) { return getApplicationContext().getBean(clazz); }

/** * 通过name,以及Clazz返回指定的Bean */ public static T getBean(String name, Class clazz) { return getApplicationContext().getBean(name, clazz); } } 因此测试之前我们首先需要设定SpringUtil中的applicationContext，下面给出启动类（为了简单测试，两个节点共用一个启动类，根据args的不同来分别处理）以及相关节点的配置。


public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello world");
    SpringUtil.applicationContext  = SpringApplication.run(Hello.class, args);
if (args.length>0){
        P2PClient p2PClient = new P2PClient();
        String url = "ws://localhost:"+args[0]+"/test";
try {
            p2PClient.connectToPeer(url);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

使用时，我们需要手动获取bean

//之前是这样//@Autowired//private P2PService p2PService;//改正后，去掉Autowired，每次使用都手动获取beanprivate P2PService p2PService;@OnOpenpublic void onOpen(Session session) {//如果不使用那些，在这里会报空指针异常，p2PService 为 null    p2PService = SpringUtil.getBean(P2PService.class);//新增这句话从IVO容器中获取bean    p2PService.sendMsg(session, p2PService.queryWalletMsg());}

Hello节点，测试时作为server