摘要：前言以太坊是一個(gè)運(yùn)行智能合約的平臺(tái)，被稱作可編程的區(qū)塊鏈，允許用戶將編寫的智能合約部署在區(qū)塊鏈上運(yùn)行。交易執(zhí)行以太坊是一個(gè)基于交易的狀態(tài)機(jī)，一筆交易可以使以太坊從一個(gè)狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)，即交易的執(zhí)行伴隨著狀態(tài)的改變。

以太坊是一個(gè)運(yùn)行智能合約的平臺(tái)，被稱作可編程的區(qū)塊鏈，允許用戶將編寫的智能合約部署在區(qū)塊鏈上運(yùn)行。而運(yùn)行合約的主體便是以太坊虛擬機(jī)(EVM)

區(qū)塊鏈由區(qū)塊(Block)組成，而區(qū)塊中打包一定數(shù)量的交易(Transaction)，交易可能是一個(gè)單純的轉(zhuǎn)賬操作，也可能是調(diào)用一個(gè)智能合約，無論是哪一種，EVM在運(yùn)行(excute)交易時(shí)都會(huì)創(chuàng)建合約(Contract)

以太坊中的賬戶有兩類

外部賬戶 由賬戶持有人的私鑰控制的真實(shí)存在的賬戶

合約賬戶 由合約代碼控制，保存著合約代碼

一筆交易總是有發(fā)送方(sender),接收方(recipient)和數(shù)額(value) 三要素。發(fā)送方將一定數(shù)額的ETH轉(zhuǎn)移到接收方的賬戶，在單純的轉(zhuǎn)賬交易中，接收方是外部賬戶。而在調(diào)用智能合約的交易時(shí)，接收方是合約賬戶。

如同現(xiàn)實(shí)中的稅費(fèi)一樣，交易也需要將支付少量的費(fèi)用，稱為gas，費(fèi)用支付給礦工，這可以激勵(lì)礦工打包交易到區(qū)塊，也使得區(qū)塊鏈避免惡意運(yùn)算攻擊。gas由交易的發(fā)送者使用ETH購買，在執(zhí)行交易的每一步都會(huì)消耗gas，如果gas用完了，交易狀態(tài)會(huì)被回退，但消耗的gas不會(huì)返還。

以太坊是一個(gè)基于交易的狀態(tài)機(jī)，一筆交易可以使以太坊從一個(gè)狀態(tài)(state)切換到另一個(gè)狀態(tài)，即交易的執(zhí)行伴隨著狀態(tài)的改變。
交易執(zhí)行的入口在 core/state_processor.go的Process()方法，下面是該方法的輪廓

func (p *StateProcessor) Process(block *types.Block, statedb *state.StateDB, cfg vm.Config) (types.Receipts，[]*types.Log，uint64，error) {
    ......
    var (
        usedGas = new(uint) 
        header = block.Header()
        gp = new(GasPool).AddGas(block.GasLimit())
    )
    for i, tx := range block.Transactions() {
        receipt, _, _ := ApplyTransaction(p.config, p.bc, nil, gp, statedb, header, tx, usedGas, cfg)
        receipts = append(receipts, receipt)
        allLogs = append(allLogs, receipt.Logs...)        
    }
    p.engine.Finalize(p.bc. header, statedb, block.Transactions(), block.Uncles(), receipts)
    ......
}

Process()方法對(duì)block中的每個(gè)交易tx調(diào)用ApplyTransaction()來執(zhí)行交易，入?yún)?b>state存儲(chǔ)了各個(gè)賬戶的信息，如賬戶余額、合約代碼(僅對(duì)合約賬戶而言)，我們姑且將其理解為一個(gè)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)庫。其中每個(gè)賬戶以state object表示

ApplyTransaction()方法完成以下功能

調(diào)用AsMessage()用tx為參數(shù)生成core.Message。也就是將tx中的一些字段存入Message，再從tx的數(shù)字簽名中反解出tx的sender，重點(diǎn)關(guān)注其中的data字段：如果是普通的轉(zhuǎn)賬交易，該字段為空，如果是創(chuàng)建一個(gè)新的合約，該字段為新的合約的代碼，如果是執(zhí)行一個(gè)已經(jīng)在區(qū)塊鏈上存在的合約，該參數(shù)為合約代碼的輸入?yún)?shù)

調(diào)用NewEVMContext()創(chuàng)建一個(gè)EVM運(yùn)行上下文vm.Context。注意其中的Coinbase字段需要填入的礦工的地址，Transfer是具體的轉(zhuǎn)賬方法，其實(shí)就是操作sender和recipient的賬戶余額

調(diào)用NewEVM()創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境EVM，它主要作用是匯集之前的信息以及創(chuàng)建一個(gè)代碼解釋器(Interpreter)，這個(gè)解釋器之后會(huì)用來解釋并執(zhí)行合約代碼

接下來就是調(diào)用ApplyMessage()將以上的信息施加在以太坊當(dāng)前狀態(tài)上，使得狀態(tài)機(jī)發(fā)生狀態(tài)變換

ApplyMessage()的頂層比較簡單，它創(chuàng)建一個(gè)StateTransition結(jié)構(gòu)并調(diào)用其TransitionDb()方法，StateTransition表示一次以太訪的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 其定義如下：

type StateTransition struct {
    gp  *GasPool
    msg Message
    gas  uint64
    gasPrice  *big,Int
    initialGas   uint64
    value   *big.Int
    data    []byte
    state   vm.StateDB
    evm    *vm.EVM
}

其中的字段都是之前ApplyTransaction()方法中創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)得到。一次狀態(tài)轉(zhuǎn)移包括以下流程

nonce檢查：交易的nonce值用于標(biāo)識(shí)這是sender發(fā)起的交易的序號(hào)，該值總是等于上一筆交易的nonce值遞增1，當(dāng)我們檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)前Apply的這筆交易與該sender期待的nonce不一致時(shí)，就會(huì)拒絕此次狀態(tài)轉(zhuǎn)換

gas預(yù)購：sender預(yù)購此次轉(zhuǎn)換需要的gas，簡單說來就是扣除sender賬戶的ETH(變化反映在stateDB)，扣除的數(shù)量卻決于交易設(shè)定的gasPrice和gasLimit的乘積，單位是gwei。

合約賬戶創(chuàng)建： 如果交易的recipient為空的話，標(biāo)識(shí)這筆交易需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)合約，那么就創(chuàng)建一個(gè)合約賬戶(反映在state object)

價(jià)值轉(zhuǎn)移：每筆交易都伴隨著價(jià)值轉(zhuǎn)移，即ETH從sender賬戶發(fā)送到receipt賬戶，如果創(chuàng)建了合約，還要執(zhí)行合約代碼

TransitionDB()完成這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，其實(shí)現(xiàn)流程如下：

最終由交易的receipt是否為空決定是使用evm.Create()還是evm.Call()，無論是哪種，最終都是創(chuàng)建一個(gè)Contract結(jié)構(gòu)，然后調(diào)用run()方法運(yùn)行之。注意，即使是外部賬戶之間普通的轉(zhuǎn)賬也會(huì)調(diào)用Call()和run()，只是由于receipt上沒有代碼，運(yùn)行會(huì)很快結(jié)束而已。run()最終調(diào)用Interpreter的Run()方法。

前面提到過，在調(diào)用NewEVM()時(shí)創(chuàng)建了一個(gè)解釋器(Interpreter)

func NewInterpreter(evm *EVM，cfg Config)  *Interpreter {
     switch {
         case evm.ChainConfig().IsConstantinople(evm.BlockNumber):
             cfg.JumpTable = constantinopleInstructionSet
         case evm.ChainConfig().IsByzantium(evm.BlockNumber):
             cfg.JumpTable = byzantiumInstructionSet
         case evm.ChainConfig().IsHomestead(evm.BlockNumber):
             cfg.JumpTable = homesteadInstructionSet
         default:
             cfg.JumpTable = fromtierInstructionSet  
     }
     return &Interpreter{
         evm:      evm,
         cfg:      cfg,
         ......
     }
}

根據(jù)當(dāng)前Block的高度，計(jì)算出它處于以太坊演進(jìn)的階段，得到該階段支持的指令集(InstructionSet)，新的階段在兼容老的階段的所有指令前提下，再增加了獨(dú)特的新指令。最終存儲(chǔ)在Interpreter的cfg字段

合約代碼本質(zhì)上上是由Solidity語言編譯后形成的EVM字節(jié)碼,字節(jié)碼中的操作也正是指令集中定義的指令

再回到Run()方法，其大概流程如下

EVM逐字節(jié)的解析合約代碼并調(diào)用excute()方法運(yùn)行，直到運(yùn)行完成或者gas提前耗盡。

關(guān)于具體的EVM指令解釋方式和虛擬機(jī)內(nèi)部棧和內(nèi)存等內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，參考本系列文章

在以太坊中，交易的執(zhí)行是由EVM完成的，網(wǎng)絡(luò)中的所有全節(jié)點(diǎn)都會(huì)去執(zhí)行每一筆交易(這樣所有人的狀態(tài)才可以保持一致)

交易分為普通轉(zhuǎn)賬和執(zhí)行(創(chuàng)建)智能合約，兩者都由sender付費(fèi)，后者相比前者，EVM要額外執(zhí)行合約的字節(jié)碼