选择 BEAM 用于区块链开发的四大完美原因

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我第一次通过乔·阿姆斯特朗(Joe Armstrong)了解到了 Erlang/OTP,他将世界分解成可以像人类一样相互交谈的进程。当我开始在 ArcBlock 区块基石[1]工作时,我们的任务是构建一个区块链平台,我们决定将 Erlang/OTP 广泛用于后端服务,以及我们的区块链开发框架:Forge。本文中描述了这些原因,并且因为 OTP 的功能,我们得以构建一个具有高度实用性、可立即开展生产的区块链框架,它不仅提供运行区块链网络的关键服务,同时极大地简化了新一代应用和服务的需要。
区块链框架入门
Forge 是区块链开发工具,它极大地简化了构建框架以支持多链网络,即创建自己的链(Build Your Own Chain,BYOC)这一概念的过程。在 Forge 之前,创建一条区块链是很有挑战性的。如果人们想要自己发链,首先需要设置一个区块链系统的不同组件,包括共识算法、点对点网络等。在花费大量精力使这些组件协同工作之后,开发者还需要决定如何调整链的不同参数,例如通证供应总量和分配、特定交易设置和管理员访问控制等。如果足够幸运让区块链运行起来,但如果发现即使有一些轻微出错,则需要停止所有运行的节点,并从头开始,重新进行设置。

在 Forge[2],我们使用 Erlang/OTP 已经可用的功能和优点提供一个帮助开发者完成所有困难工作的框架。例如,如果您使用 Forge 启动一个区块链,唯一的要求是通过在配置或运行时启用或禁用它们来设置行为。更重要的是,如果您希望在链启动时进行更新,则可以热升级系统的各个部分,而无需重新启动整个网络节点——这是任何产品级应用或服务的关键特性。

选择 BEAM 用于区块链开发的四大完美原因

在 Forge 框架的设计规划阶段,我们还评估了其他区块链社区的流行语言,如 Golang。Golang 有它的好处,包括一些非常高级的库;然而,为了构建我们想要提供给客户的强大平台,真正推动我们走向 Elixir 的有三件事。
把问题简化为进程
首先,需要将复杂的问题分解为进程。区块链本身是许多问题的混合解决方案,OTP 使我们可以解构并逐个解决它们。将不同的进程分组到应用的灵活性也有助于代码库维护。
例如,当用户需要构建区块链节点时,这是一个非常类似于构建操作系统的过程。我们需要编排一个“应用程序”列表,为交换事件协同工作(例如,区块链系统交易),执行这些事件,然后存储更新后的状态。为了帮助每个人理解其工作原理,很容易把结构分解成几个核心应用程序:
•共识应用程序:管理与共识算法相关任务的进程
•存储应用程序:管理与文件系统相关任务的进程
•Forge 应用程序:执行智能合约并支持 RPC 界面的进程
•事件应用程序:管理事件订阅的进程
•索引应用程序:持续从状态数据库抓取数据并将其索引至相关数据库的进程
在这些应用程序中,Forge 还有一些其他进程,它们相互合作,帮助进程并处理区块链的交易活动。例如:
•当用户发出交易时,gRPC 服务器会对其进行处理并将其推至内存池的阵列
•若交易有效,它将被插入内存池,然后涌入整个网络;否则,它会被放弃
•当区块同步给我们后,交易会被一个接一个收取并由智能合约引擎执行
安排这些活动可能很困难。然而,在 OTP 的帮助下,我们能够通过一种持续的分而治之的方法轻松地管理负责的进程——将事物组织成应用程序,将每个应用程序组织成一个监控树,并且每棵树由许多小进程组成。当需要并发时,我们可以输出进程池;当需要固定的顺序处理时,我们使用单个进程——从本质上讲,它的收件箱充当消息队列,这保证了任务以正确的顺序得到处理。

选择 BEAM 用于区块链开发的四大完美原因

“易崩溃”
第二是“让它崩溃”的思想。区块链系统由许多通过网络关联的运行实体构成。重要的是,我们需要有适当的错误处理系统,在网络不稳定或其他意外中断发生时能够维持正常运行。
例如,如果一个进程需要读取链上信息来处理 RPC 请求,并且因网络不稳定而崩溃,在这种情况下,重试几次就可以修复问题。那么,OTP 中的监控器可以帮助恢复进程。这正是乔·阿姆斯特朗(Joe Armstrong)所说的“编写一次,永远运行”的完美例证。
为区块链准备就绪
我们选择 Erlang/OTP 的第三个重要原因是它为区块链系统提供了许多出色的内置功能,比如热升级、并发和高可用性。
区块链框架的一个作用是以混合的方式运行框架代码和客户自己代码,这需要安全隔离才能正常工作。
例如,用户自定义的智能合约可能使用与框架定义的合约相同的变量名。其他配置可能会替换系统的某些部分(例如,客户可能可以用自己的部署替换共识引擎),并且可以在运行时将新功能添加到现有的区块链节点中,而不会影响可用性和稳定性。因此,Forge 是在巨人的肩膀上打造的,这是一个经过战斗考验的生产系统,能够提供我们所需要的特性。
开放灵活
使用 Erlang/OTP 让区块链框架拥有优于其他语言的非常重要的优势,就是灵活性。作为区块链开发框架,Forge 在设计时便是扩展开放的:您可以通过添加更多的应用程序来扩展框架,以实现更复杂的功能,比如使用不同的共识引擎。
在我们基于 Erlang/OTP 的框架中创建的区块链网络允许用户在需要时热升级他们的智能合约,而无需关闭整个系统,这为用户在运行时提供了极大的灵活性。例如,如果需要删除区块链系统中的一个节点来升级部分代码,则需要同时升级所有节点,以便它们使用相同的代码逻辑集并输出相同的结果。在这种情况下,OTP 允许在交易中包含部分升级,所有节点都可以执行交易务并同时升级代码。
总结
如果可以选择构建面向未来的区块链框架,我们团队还是将 100% 使用 Erlang/OTP。当他人还在努力构建和维护复杂的系统时,Erlang/OTP 已经在高压环境中接受了时间的考验。当今的 Erlang/OTP 解决了我们面临的大部分挑战,让我们的团队能够更多地关注于构建高级功能特性,并让它们更加用户友好。
原文载于 Erlang Solutions Blog[3]
References
[1] ArcBlock 区块基石: https://www.arcblockio.cn
[2] Forge: https://www.arcblockio.cn/zh/forge-sdk
[3] Erlang Solutions Blog: https://www.erlang-solutions.com/blog/erlang-and-elixir-for-blockchain-4-key-advantages.html

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