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【许晓笛】EOS 数据库与持久化 API —— 架构

原创 区块链 作者:圆方圆区块链 时间:2018-11-22 17:03:01 0 删除 编辑

EOS 数据库结构详解

在 EOS 中,智能合约执行完毕后,所占用的内存会释放。程序中的所有变量都会丢失。如果智能合约里要持久地记录信息,比如游戏智能合约要记录每位用户游戏记录,本次合约执行完毕后数据不能丢失,就需要将数据存储到 EOS 数据库中。与数据库交互的 API 被官方称为 Persistence API,中文可以叫做持久化 API。下图说明了 EOS 智能合约在执行 Action 时,与数据库的交互过程。

为了方便智能合约与 EOS 数据库的交互,EOS 仿造了 Boost 库中的 Multi-Index Containers ,开发了 C++ 类:eosio::multi index (以下简称 multi index`),中文可以叫做多索引列表类。

multi_index 头文件地址: https://github.com/EOSIO/eos/blob/master/contracts/eosiolib/multi_index.hpp

在 EOS 见证人硬盘中,为每个账户都预留了数据库空间(大小与代币持有量有关),每个账户名下可以建立多个数据表。智能合约无法直接操作存储在见证人硬盘中的数据表,需要使用 multi_index 作为中间工具(或者叫容器),每个 multi_index 实例都与一个特定账户的特定数据表进行交互(取决于实例化时的参数)。EOS智能合约与EOS数据库的数据交互如下图所示。

数据表

multi_index 是一个非常方便的数据库交互容器,可以存储任何 C++ 数据类型。每一个 multi_index 都相当于传统数据库的一个数据表(table),但将传统数据库的行与列的形式改为了单纯的列。也就是说 multi_index 是一个线性排列的表,只有一列,每一行都只存储一个对象。但是一般来说 multi_index 存储的对象都是结构体或者类,里面含有多个成员变量,所以 multi_index 存储数据的灵活性也是不亚于传统数据库的。

我们使用官方的“汽车维修店”示例,我们建立一个数据表,储存每个汽车维修店客户的账户名、保养时间、车辆里程。那么 multi_index 数据表储存的项目中,每个都是如下的结构体:

struct service_rec {
    uint64_t        pkey;           // 主键
    account_name    customer;       // 车主用户名
    uint32_t        service_date;   // 维修保养时间
    uint32_t        odometer;       // 车辆里程
};


在传统数据库中,需要建立一个 4 列的数据表,用来储存每个用户的这个 4 个数据,而 multi_index 的每个数据表只有一列,只存储每个用户的 service_rec 整个结构体即可。下图为 multi_index 数据结构。

多索引

首先,每个数据表要有一组主键,主键必须是无符号 64 位整数类型(64-bit integer),这就是上面的 service_rec 结构体中第一个变量为 uint64_t 类型的原因。在数据表中,所有的对象就是按照主键升序排列的,小的在前,大的在后。主键可以是有意义的,也可以是没有意义的,让系统产生一个在这个数据表中没有被使用的主键即可。为了设置主键,我们需要在之前的 service_rec 结构体添加一个叫做 primary_key() 的成员函数函数的返回值为主键。

cpp auto primary_key()const { return pkey; }

这样就将 pkey 这个变量设置成了主键。

multi_index 从字面上看就是能使用多个索引的数据表。EOS 中,每个 multi_index 或者说每个数据表都可以设置最多16个索引。索引相当于使用特定的方式给数据表中的对象重新排序。比如在我们经常使用的 windows 文件管理器中,可以按照文件名排序、按照文件修改时间排序、按照文件大小排序,这就有了3个索引。EOS 数据库索引更加灵活,可以单独按照结构体中的某个变量索引,也可以将变量之间的运算结果(函数输出)进行索引。如果我们想使用 车主用户名 进行索引,需要在结构体中添加一个 get_customer() 成员函数,函数的返回值为索引变量。

cpp account_name    get_customer()const { return customer; }

这样就将 customer 这个变量设置成了数据表的一个索引,下图右侧为 customer 索引。

迭代器

multi_index 是如何操作数据表中的每个对象的呢?答案是 Iterators(迭代器)。大家可以搜索 “C++ 迭代器”或者设计模式中的“迭代器模式”来了解迭代器的设计思路。在 EOS 数据库中,我更愿意将迭代器比喻为一个“电梯”,在整个数据表中上下穿梭。所有对数据的操作必须通过迭代器完成。典型的数据修改过程是这样的:首先使用迭代器的 find() 方法,在特定的索引中寻找需要的数据,比如在车主用户名索引中寻找某个用户。迭代器会移动到需要的数据对象上。然后就可以使用迭代器的 modify() 方法修改当前迭代器对应的数据。下图为迭代器指向用户 Sue 的情况。

本篇文章介绍了 EOS 数据库的基本结构,以后的文章会详细介绍 EOS 数据库使用实战,敬请期待。


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