[發明專利]一種基于多級緩沖隊列的區塊鏈交易限流方法

在審

• 申請號: 201710479106.8
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107241279A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 鄧恩艷
• 申請（專利權）人: 北京天德科技有限公司
• 主分類號: H04L12/803
• 分類號: H04L12/803;H04L12/815;H04L12/863
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于區塊鏈技術領域，特別是涉及區塊鏈處理突發交易流量高峰的場景。

背景技術

近年來，區塊鏈技術得到了長足的發展，在交易處理速度上也有了極大的提升，其中以天德鏈為代表的第三代區塊鏈實測性能可以到達萬筆每秒，但是在為商業應用服務時，極有可能面臨突發的交易高峰場景，如雙11秒殺活動支付峰值達到12萬筆/秒，區塊鏈交易處理的速度仍然滿足不了這種突發流量，瞬時的大量交易可能導致整個區塊鏈系統宕機，造成不可挽回的損失。為了解決上述問題，在傳統高并發系統中，通常會利用緩存、降級和限流來提升系統的交易處理容量，暫時屏蔽掉突發流量，對系統進行負載均衡，對并發訪問、請求進行限速等措施來保護系統，傳統高并發系統基本是主從式系統架構，而區塊鏈系統則采用完全對等的技術架構，所以傳統的解決方案并不能有效滿足區塊鏈系統的技術需求。為了讓區塊鏈技術平臺更好地應對處理高峰交易的場景，我們在傳統高并發系統的基礎上，發明了一種基于多級緩沖隊列的區塊鏈交易限流方法，將高并發系統的特點和區塊鏈多節點共識的特點相結合，能有效滿足區塊鏈系統高效處理交易的需求，同時保證區塊鏈系統的高并發性、高可用性和高穩定性。

發明內容

為了應對區塊鏈系統在處理高峰交易場景中的不足，本發明提供了一種基于多級緩沖隊列的區塊鏈交易限流方法。

本發明所采用的技術方案是：在區塊鏈系統中，使用多級緩沖隊列對交易流量進行分流和限流，達到平滑突發峰值流量的效果，能有效利用好系統的高并發處理能力。第一級的緩沖隊列非常大，能及時緩沖客戶端發起的交易處理請求，保證交易請求不會由于拒絕訪問而丟棄，第二級緩沖隊列相對較小，二級緩沖隊列的個數根據并發線程數進行調整，主要對交易處理請求進行分流，每條分流稱之為一個通道，在分流的同時起到負載均衡的作用，默認系統中的每個交易都帶有唯一的交易ID，對交易ID進行哈希運算，對運算所得哈希值用緩沖隊列數進行取模運算，根據模數將交易分配到對應的二級緩沖隊列，在第二級緩沖隊列和第三級緩沖隊列進行限流，限流策略是通過設置第三級緩沖隊列的大小來及時調整限流速率，根據線程的處理能力及時調整緩沖隊列大小，滿足突發流量的處理請求。

本發明充分利用了區塊鏈系統的并發處理能力，滿足一定突發峰值交易的處理請求，結合負載均衡技術，最大化系統的并發能力，有效提高系統的穩定性。

附圖說明

圖1為第一級緩沖隊列內部存儲示意圖；

圖2為區塊鏈交易的分流詳細示意圖；

圖3為區塊鏈交易的限流示意圖；

圖4為區塊鏈交易整體流程示意圖；

圖5為區塊鏈交易分流簡要示意圖；

圖 6 為區塊鏈共識線程取出的交易示例。

具體實施方式

在闡述多級緩沖隊列系統的具體實施方式之前，我們首先了解一下區塊鏈系統的工作原理，區塊鏈系統的核心是共識算法，其中大部分許可鏈采用PBFT算法，參與共識的節點對交易進行驗證并投票，假設參與共識的節點個數為3f+1(4,7…)，當達成共識(投票通過) 的節點個數≥2f+1(3,5…)時，區塊鏈系統即認為該交易是有效的，區塊鏈系統會將在一次共識過程中的有效交易存入一個區塊中，并連接到區塊鏈的尾部。

首先我們假設區塊鏈系統共存在4個共識節點，每個節點都有一個多級緩沖隊列系統，該緩沖隊列系統有2個通道，第三級緩沖隊列的限流為2個交易，多級緩沖隊列系統的工作流程有以下4個步驟：

(1)區塊鏈交易進入多級緩沖隊列系統

客戶端系統分別向四個節點的第一級緩沖隊列發送了6筆交易 Tx1—Tx6，在第一級緩沖隊列中PUSH進6筆交易，如圖1所示。

(2)區塊鏈交易的分流

按照隊列先進先出的原則，調度器從第一級緩沖隊列POP出交易，首先Tx1從隊列中彈出，對交易的ID進行哈希計算，假設HASH(Tx1_ID) ＝0x0001，然后對哈希值進行取模，模數為通道數，0x0001％2＝1，交易Tx1被分配到通道1的第二級緩沖隊列。同理，交易Tx2-Tx6也會被彈出，被分配到對應的通道，交易被分流到通道的總體情況，如圖 2所示。

(3)區塊鏈交易的限流

在本例中第三級緩沖隊列的限流為2個交易，從第二級緩沖隊列到第三級緩沖隊列的最大交易個數為2個，第三級緩沖隊列所起的作用類似于漏桶算法的漏桶，控制交易處理的速率，平滑交易處理高峰期的突發流量，如圖3所示。

(4)區塊鏈交易流出多級緩沖隊列系統