技术分享——Vite存储层设计详解之stateDB系统设计

stateDB用来存储合约状态及账户余额，和indexDB类似，底层存储通过levelDB的kv存储来实现。和indexDB不同的是stateDB为了能够支持快速的状态回滚操作，实现了多版本，每个版本的kv数据会关联状态对应的快照高度，这样当快照回滚的时候，可以非常快速的恢复到目标高度的状态。

1.key设计

不管是账户余额还是合约都有唯一的地址，因此可以以地址为key来做空间划分，对于同一个地址的访问更容易实现更高的读写效率。另外为了区分不同数据类型，在地址的前面会有一个字节用来标记key对应的是账户余额还是合约状态，以及其他预定义的数据类型。

stateDB key的具体实现如上图示key type:key的类型，用来区分账户余额，合约状态，账户余额历史，合约状态历史等address:状态所属的普通地址或合约地址user key:对除了账户余额外的其他key type有效version/sb height:通过快照高度来区分不同版本的状态

2.高度回滚

因为stateDB支持多版本的数据，因此可以实现对历史数据的遍历，这里只保留一个高度窗口内的多个数据版本，满足回滚的需求，同时也能避免数据过度膨胀。

由于只存储了历史快照数据，没有存储用户在两次快照之间的数据变动的细节信息，所以假如没有引入其他的机制，在数据回滚时，只能回滚到数据的某个历史快照状态，无法回滚到两个快照之间的某个细节状态。举个例子，假如在快照块高度为10000时，用户A1拥有数据k1=v1，在快照块高度为10001时，用户A1的数据变更为k1=v3，假设在快照高度为10000之后，k1的值变换了两次，从v1变化到了v3（v1->v2->v3），这表明在快照块10000与10001之间，用户A1产生了多于1个account block（一个account block会导致一个用户的数据集合发生原子变更），而stateDB只记录了快照块高度为10000和快照块高度为10001是用户A1的两个版本的数据，不会记录两个快照之间的account block产生的数据变动的细节信息，因而在发生数据回滚时，只能回滚到某个历史快照的数据状态。为了解决这个问题，引入了state redo机制，state redo中记录了最近写入的account block产生的数据变化的细节信息，那么在发生较近的数据回滚时，可以回滚到某个account block出现后的数据版本。但是如果发生较远的数据回滚时(如回滚了5000个快照块，实践中这样回滚的概率非常小)，state redo机制就不起作用了，启动兜底方案，即只回滚到历史的快照数据版本，同时回滚这个快照块之后的所有account block。

3.缓存

合约的更新操作并不会直接写入底层存储，而是会把操作本身依序记录在内存的unsaved数据结构，待合约执行成功后，通过redo操作记录写入stateDB，这个过程和accountBlock写入blockDB是作为一个整体进行操作的。

stateDB为最近读写入的账户余额、内置合约的状态及外置合约的元数据这些常用的数据建立了缓存，方便进行快速的读取。

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编译者/作者：ViteLabs

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