Java持久化和命令行怎么用

这篇文章主要讲解了“Java持久化和命令行怎么用”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“Java持久化和命令行怎么用”吧！

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数据库选择

我们这里使用的是Java来实现，BoltDB不支持Java，这里我们选用 Rocksdb 。

数据结构

在我们开始实现数据持久化之前，我们先要确定我们该如何去存储我们的数据。为此，我们先来看看比特币是怎么做的。

简单来讲，比特币使用了两个"buckets(桶)"来存储数据：

blocks. 描述链上所有区块的元数据.
chainstate. 存储区块链的状态，指的是当前所有的UTXO（未花费交易输出）以及一些元数据.

“在比特币的世界里既没有账户，也没有余额，只有分散到区块链里的UTXO。”
详见：《精通比特币》第二版第06章节 —— 交易的输入与输出

此外，每个区块数据都是以单独的文件形式存储在磁盘上。这样做是出于性能的考虑：当读取某一个单独的区块数据时，不需要加载所有的区块数据到内存中来。

在 blocks 这个桶中，存储的键值对：

'b' + 32-byte block hash -> block index record
区块的索引记录
'f' + 4-byte file number -> file information record
文件信息记录
'l' -> 4-byte file number: the last block file number used
最新的一个区块所使用的文件编码
'R' -> 1-byte boolean: whether we're in the process of reindexing
是否处于重建索引的进程当中
'F' + 1-byte flag name length + flag name string -> 1 byte boolean: various flags that can be on or off
各种可以打开或关闭的flag标志
't' + 32-byte transaction hash -> transaction index record
交易索引记录

在 chainstate 这个桶中，存储的键值对：

'c' + 32-byte transaction hash -> unspent transaction output record for that transaction
某笔交易的UTXO记录
'B' -> 32-byte block hash: the block hash up to which the database represents the unspent transaction outputs
数据库所表示的UTXO的区块Hash（抱歉，这一点我还没弄明白……）

由于我们还没有实现交易相关的特性，因此，我们这里只使用 block 桶。另外，前面提到过的，这里我们不会实现各个区块数据各自存储在独立的文件上，而是统一存放在一个文件里面。因此，我们不要存储和文件编码相关的数据，这样一来，我们所用到的键值对就简化为：

32-byte block-hash -> Block structure (serialized)
区块数据与区块hash的键值对
'l' -> the hash of the last block in a chain
最新一个区块hash的键值对

(查看更加详细的解释)

序列化

RocksDB的Key与Value只能以byte[]的形式进行存储，这里我们需要用到序列化与反序列化库 Kryo，代码如下：

package one.wangwei.blockchain.util;

import com.esotericsoftware.kryo.Kryo;
import com.esotericsoftware.kryo.io.Input;
import com.esotericsoftware.kryo.io.Output;

/**
 * 序列化工具类
 *
 * @author wangwei
 * @date 2018/02/07
 */
public class SerializeUtils {

    /**
     * 反序列化
     *
     * @param bytes 对象对应的字节数组
     * @return
     */
    public static Object deserialize(byte[] bytes) {
        Input input = new Input(bytes);
        Object obj = new Kryo().readClassAndObject(input);
        input.close();
        return obj;
    }

    /**
     * 序列化
     *
     * @param object 需要序列化的对象
     * @return
     */
    public static byte[] serialize(Object object) {
        Output output = new Output(4096, -1);
        new Kryo().writeClassAndObject(output, object);
        byte[] bytes = output.toBytes();
        output.close();
        return bytes;
    }
}

持久化

上面已经说过，我们这里使用RocksDB，我们先写一个相关的工具类RocksDBUtils，主要的功能如下：

putLastBlockHash：保存最新一个区块的Hash值
getLastBlockHash：查询最新一个区块的Hash值
putBlock：保存区块
getBlock：查询区块

注意：BoltDB 支持 Bucket 的特性，而RocksDB 不支持，所以需要我们自己使用Map来做一个映射。

RocksDBUtils

package one.wangwei.blockchain.store;

import com.google.common.collect.Maps;
import one.wangwei.blockchain.block.Block;
import one.wangwei.blockchain.util.SerializeUtils;
import org.rocksdb.RocksDB;
import org.rocksdb.RocksDBException;

import java.util.Map;

/**
 * 存储工具类
 *
 * @author wangwei
 * @date 2018/02/27
 */
public class RocksDBUtils {

    /**
     * 区块链数据文件
     */
    private static final String DB_FILE = "blockchain.db";
    /**
     * 区块桶前缀
     */
    private static final String BLOCKS_BUCKET_KEY = "blocks";
    /**
     * 最新一个区块
     */
    private static final String LAST_BLOCK_KEY = "l";

    private volatile static RocksDBUtils instance;

    public static RocksDBUtils getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (RocksDBUtils.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new RocksDBUtils();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    private RocksDB db;

    /**
     * block buckets
     */
    private Map blocksBucket;

    private RocksDBUtils() {
        openDB();
        initBlockBucket();
    }

    /**
     * 打开数据库
     */
    private void openDB() {
        try {
            db = RocksDB.open(DB_FILE);
        } catch (RocksDBException e) {
            throw new RuntimeException("Fail to open db ! ", e);
        }
    }

    /**
     * 初始化 blocks 数据桶
     */
    private void initBlockBucket() {
        try {
            byte[] blockBucketKey = SerializeUtils.serialize(BLOCKS_BUCKET_KEY);
            byte[] blockBucketBytes = db.get(blockBucketKey);
            if (blockBucketBytes != null) {
                blocksBucket = (Map) SerializeUtils.deserialize(blockBucketBytes);
            } else {
                blocksBucket = Maps.newHashMap();
                db.put(blockBucketKey, SerializeUtils.serialize(blocksBucket));
            }
        } catch (RocksDBException e) {
            throw new RuntimeException("Fail to init block bucket ! ", e);
        }
    }

    /**
     * 保存最新一个区块的Hash值
     *
     * @param tipBlockHash
     */
    public void putLastBlockHash(String tipBlockHash) {
        try {
            blocksBucket.put(LAST_BLOCK_KEY, SerializeUtils.serialize(tipBlockHash));
            db.put(SerializeUtils.serialize(BLOCKS_BUCKET_KEY), SerializeUtils.serialize(blocksBucket));
        } catch (RocksDBException e) {
            throw new RuntimeException("Fail to put last block hash ! ", e);
        }
    }

    /**
     * 查询最新一个区块的Hash值
     *
     * @return
     */
    public String getLastBlockHash() {
        byte[] lastBlockHashBytes = blocksBucket.get(LAST_BLOCK_KEY);
        if (lastBlockHashBytes != null) {
            return (String) SerializeUtils.deserialize(lastBlockHashBytes);
        }
        return "";
    }

    /**
     * 保存区块
     *
     * @param block
     */
    public void putBlock(Block block) {
        try {
            blocksBucket.put(block.getHash(), SerializeUtils.serialize(block));
            db.put(SerializeUtils.serialize(BLOCKS_BUCKET_KEY), SerializeUtils.serialize(blocksBucket));
        } catch (RocksDBException e) {
            throw new RuntimeException("Fail to put block ! ", e);
        }
    }

    /**
     * 查询区块
     *
     * @param blockHash
     * @return
     */
    public Block getBlock(String blockHash) {
        return (Block) SerializeUtils.deserialize(blocksBucket.get(blockHash));
    }

    /**
     * 关闭数据库
     */
    public void closeDB() {
        try {
            db.close();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Fail to close db ! ", e);
        }
    }
}

创建区块链

现在我们来优化 Blockchain.newBlockchain 接口的代码逻辑，改为如下逻辑：

Java持久化和命令行怎么用

代码如下：

/**
  *  创建区块链 
  *
  * @return
  */
public static Blockchain newBlockchain() throws Exception {
    String lastBlockHash = RocksDBUtils.getInstance().getLastBlockHash();
    if (StringUtils.isBlank(lastBlockHash)) {
        Block genesisBlock = Block.newGenesisBlock();
        lastBlockHash = genesisBlock.getHash();
        RocksDBUtils.getInstance().putBlock(genesisBlock);
        RocksDBUtils.getInstance().putLastBlockHash(lastBlockHash);
     }
     return new Blockchain(lastBlockHash);
}

修改 Blockchain 的数据结构，只记录最新一个区块链的Hash值

public class Blockchain {
    
    @Getter
    private String lastBlockHash;

    private Blockchain(String lastBlockHash) {
        this.lastBlockHash = lastBlockHash;
    }
}

每次挖矿完成后，我们也需要将最新的区块信息保存下来，并且更新最新区块链Hash值：

/**
 *  添加区块  
 *
 * @param data
 */
public void addBlock(String data) throws Exception {
   String lastBlockHash = RocksDBUtils.getInstance().getLastBlockHash();
   if (StringUtils.isBlank(lastBlockHash)) {
       throw new Exception("Fail to add block into blockchain ! ");
   }
   this.addBlock(Block.newBlock(lastBlockHash, data));
}

/**
 *  添加区块  
 *
 * @param block
 */
public void addBlock(Block block) throws Exception {
    RocksDBUtils.getInstance().putLastBlockHash(block.getHash());
    RocksDBUtils.getInstance().putBlock(block);
    this.lastBlockHash = block.getHash();
}

到此，存储部分的功能就实现完毕，我们还缺少一个功能：

检索区块链

现在，我们所有的区块都保存到了数据库，因此，我们能够重新打开已有的区块链并且向其添加新的区块。但这也导致我们再也无法打印出区块链中所有区块的信息，因为，我们没有将区块存储在数组当中。让我们来修复这个瑕疵！

我们在Blockchain中创建一个内部类 BlockchainIterator ，作为区块链的迭代器，通过区块之前的hash连接来依次迭代输出区块信息，代码如下：

public class Blockchain {
 
    ....
    
    /**
     * 区块链迭代器
     */
    public class BlockchainIterator {

        private String currentBlockHash;

        public BlockchainIterator(String currentBlockHash) {
            this.currentBlockHash = currentBlockHash;
        }

        /**
         * 是否有下一个区块
         *
         * @return
         */
        public boolean hashNext() throws Exception {
            if (StringUtils.isBlank(currentBlockHash)) {
                return false;
            }
            Block lastBlock = RocksDBUtils.getInstance().getBlock(currentBlockHash);
            if (lastBlock == null) {
                return false;
            }
            // 创世区块直接放行
            if (lastBlock.getPrevBlockHash().length() == 0) {
                return true;
            }
            return RocksDBUtils.getInstance().getBlock(lastBlock.getPrevBlockHash()) != null;
        }

        
        /**
         * 返回区块
         *
         * @return
         */
        public Block next() throws Exception {
            Block currentBlock = RocksDBUtils.getInstance().getBlock(currentBlockHash);
            if (currentBlock != null) {
                this.currentBlockHash = currentBlock.getPrevBlockHash();
                return currentBlock;
            }
            return null;
        }
    }   
    
    ....    
}

测试

/**
 * 测试
 *
 * @author wangwei
 * @date 2018/02/05
 */
public class BlockchainTest {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Blockchain blockchain = Blockchain.newBlockchain();

            blockchain.addBlock("Send 1.0 BTC to wangwei");
            blockchain.addBlock("Send 2.5 more BTC to wangwei");
            blockchain.addBlock("Send 3.5 more BTC to wangwei");

            for (Blockchain.BlockchainIterator iterator = blockchain.getBlockchainIterator(); iterator.hashNext(); ) {
                Block block = iterator.next();

                if (block != null) {
                    boolean validate = ProofOfWork.newProofOfWork(block).validate();
                    System.out.println(block.toString() + ", validate = " + validate);
                }
            }

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


/*输出*/

Block{hash='0000012f87a0510dd0ee7048a6bd52db3002bae7d661126dc28287bd6c23189a', prevBlockHash='0000024b2c23c4fb06c2e2c1349275d415efe17a51db24cd4883da0067300ddf', data='Send 3.5 more BTC to wangwei', timeStamp=1519724875, nonce=369110}, validate = true
Block{hash='0000024b2c23c4fb06c2e2c1349275d415efe17a51db24cd4883da0067300ddf', prevBlockHash='00000b14fefb51ba2a7428549d469bcf3efae338315e7289d3e6dc4caf589d79', data='Send 2.5 more BTC to wangwei', timeStamp=1519724872, nonce=896348}, validate = true
Block{hash='00000b14fefb51ba2a7428549d469bcf3efae338315e7289d3e6dc4caf589d79', prevBlockHash='0000099ced1b02f40c750c5468bb8c4fd800ec9f46fea5d8b033e5d054f0f703', data='Send 1.0 BTC to wangwei', timeStamp=1519724869, nonce=673955}, validate = true
Block{hash='0000099ced1b02f40c750c5468bb8c4fd800ec9f46fea5d8b033e5d054f0f703', prevBlockHash='', data='Genesis Block', timeStamp=1519724866, nonce=840247}, validate = true

命令行界面

CLI 部分的内容，这里不做详细介绍，具体可以去查看文末的Github源码链接。大致步骤如下：

配置

添加pom.xml配置


   
    ...
    
	
		commons-cli
		commons-cli
		1.4
	
    
    ...
    
	
		org.apache.maven.plugins
		maven-assembly-plugin
		3.1.0
		
			
				
					true
					lib/
					one.wangwei.blockchain.cli.Main
				
			
			
				jar-with-dependencies
			
		
		
			
				make-assembly
				
				package
				
				
					single
				
			
		
	
    
    ...

项目工程打包

$ mvn clean && mvn package

执行命令

# 打印帮助信息
$ java -jar blockchain-java-jar-with-dependencies.jar -h 

# 添加区块
$ java -jar blockchain-java-jar-with-dependencies.jar -add "Send 1.5 BTC to wangwei"
$ java -jar blockchain-java-jar-with-dependencies.jar -add "Send 2.5 BTC to wangwei"
$ java -jar blockchain-java-jar-with-dependencies.jar -add "Send 3.5 BTC to wangwei"

# 打印区块链
$ java -jar blockchain-java-jar-with-dependencies.jar -print

感谢各位的阅读，以上就是“Java持久化和命令行怎么用”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对Java持久化和命令行怎么用这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！

本文名称：Java持久化和命令行怎么用
新闻来源：http://chengdu.cdxwcx.cn/article/gepjos.html

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