编程小白模拟简易比特币系统，手把手带你写一波！（附代码）

作者 | VV一笑ヽ

责编 | Carol

出品 | 区块链大本营（blockchain_camp）

封面 | CSDN 付费下载于视觉中国

如果有一个 P2P的D emo，我们要怎么才能应用到区块链当中？

今天就来一起尝试一下吧！

首先，我们需要模拟网络中的多个节点相互通讯，我们假设现在的情况是有AB两个节点整个过程如下图所示：

梳理流程

让我们来梳理一下整个流程，明确在P2P网络中需要做的事情。

1. 启动节点A。A首先创建一个创世区块
2. 创建钱包A1。调用节点A提供的API创建一个钱包，此时A1的球球币为0。
3. A1挖矿。调用节点A提供的挖矿API，生成新的区块，同时为A1的钱包有了系统奖励的球球币。
4. 启动节点B。节点B要向A同步信息，当前的区块链，当前的交易池，当前的所有钱包的公钥。
5. 创建钱包B1、A2，调用节点A和B的API，要广播（通知每一个节点）出去创建的钱包（公钥），目前节点只有两个，因此A需要告诉B，A2的钱包。B需要告诉A，B1的钱包。
6. A1转账给B1。调用A提供的API，同时广播交易。
7. A2挖矿记账。调用A提供的API，同时广播新生成的区块。

总结一下，就是节点刚开始加入到区块链网络中，需要同步其他节点的

• 区块链信息
  
• 钱包信息
• 交易信息

已经处于网络中的某个节点，在下述情况下需要通知网络中的其他节点

• 发生新的交易
  
• 创建新的钱包
• 挖矿产生新区块

P2P的大致流程为下方几点，我们后边的实现会结合这个过程。

1. client→server 发送消息，一般是请求数据；
2. server收到消息后，向client发送消息 （调用service，处理后返回数据）；
3. client收到消息处理数据（调用service，对数据处理）。

相关代码

在实现的过程中，由于消息类型较多，封装了一个消息对象用来传输消息，对消息类型进行编码，统一处理，消息对象Message，实现了Serializable接口，使其对象可序列化：

public class Message implements Serializable {
/**
     * 消息内容，就是我们的区块链、交易池等所需要的信息，使用JSON.toString转化到的json字符串
     */
private String data;
/**
     * 消息类型
     */
private int type;
}

涉及到的消息类型（Type）有：

/**
 * 查询最新的区块
 */
private final static int QUERY_LATEST_BLOCK = 0;
/**
 * 查询整个区块链
 */
private final static int QUERY_BLOCK_CHAIN = 1;
/**
 * 查询交易集合
 */
private final static int QUERY_TRANSACTION = 2;
/**
 * 查询已打包的交易集合
 */
private final static int QUERY_PACKED_TRANSACTION = 3;
/**
 * 查询钱包集合
 */
private final static int QUERY_WALLET = 4;
/**
 * 返回区块集合
 */
private final static int RESPONSE_BLOCK_CHAIN = 5;
/**
 * 返回交易集合
 */
private final static int RESPONSE_TRANSACTION = 6;
/**
 * 返回已打包交易集合
 */
private final static int RESPONSE_PACKED_TRANSACTION = 7;
/**
 * 返回钱包集合
 */
private final static int RESPONSE_WALLET = 8;

由于代码太多，就不全部粘在这里了，以Client同步其他节点钱包信息为例，结合上面的 P2P 网络交互的三个步骤，为大家介绍下相关的实现。

1、client→server 发送消息，一般是请求数据

在Client节点的启动类首先创建Client对象，调用Client内部方法，连接Server。

启动类Main方法中关键代码，（端口参数配置在Args中）：

P2PClient p2PClient = new P2PClient();
String url = "ws://localhost:"+args[0]+"/test";       
p2PClient.connectToPeer(url);

P2PClient 中的 connectToPeer 方法：

public void connectToPeer(String url) throws IOException, DeploymentException {
    WebSocketContainer container = ContainerProvider.getWebSocketContainer();
    URI uri = URI.create(url);
this.session = container.connectToServer(P2PClient.class, uri);
}

P2PClient 中， WebSocketContainer.connectToServer 的时候会回调 onOpen 函数，假设我们只查询钱包公钥信息，此时服务端会接收到相应的请求。

@OnOpen
public void onOpen(Session session) {
this.session = session;
    p2PService.sendMsg(session, p2PService.queryWalletMsg());
}

注意：我把解析消息相关的操作封装到了一个Service 中，方便Server和Client的统一使用。给出相应的 queryWalletMsg 方法：

public String queryWalletMsg() {
return JSON.toJSONString(new Message(QUERY_WALLET));
}

以及之前提到的 sendMsg 方法：

@Override
public void sendMsg(Session session, String msg) {
session.getAsyncRemote().sendText(msg);
}

2、S erver收到消息后，向Client发送消息（调用Service，处理后返回数据）

Server收到消息，进入 P2PServer 中 OnMessage 方法

/**
 * 收到客户端发来消息
 * @param msg  消息对象
 */
@OnMessage
public void onMessage(Session session, String msg) {
    p2PService.handleMessage(session, msg);
}

p2PService.handleMessage 就是解析接收到的消息（Msg），根据类型的不同调用其他的方法（一个巨型Switch语句，这里就介绍一小部分），这里我们接收到了Client传来的信息码 QUERY_WALLET 。

@Override
public void handleMessage(Session session, String msg) {
    Message message = JSON.parseObject(msg, Message.class);
switch (message.getType()){
case QUERY_WALLET:
            sendMsg(session, responseWallets());
break;
case RESPONSE_WALLET:
            handleWalletResponse(message.getData());
break;
            ......
    }

根据信息码是 QUERY_WALLET ，调用  responseWallets() 方法，得到数据。

private String responseWallets() {
String wallets = blockService.findAllWallets();
return JSON.toJSONString(new Message(RESPONSE_WALLET, wallets));
}

这里我把区块链的相关操作也封装到了一个Service中，下面给出 findAllWallets 的具体实现，其实就是遍历钱包集合，统计钱包公钥，没有什么难度。

@Override
public String findAllWallets() {
    List<Wallet> wallets = new ArrayList<>();
    myWalletMap.forEach((address, wallet) ->{
        wallets.add(Wallet.builder().publicKey(wallet.getPublicKey()).build());
    });
    otherWalletMap.forEach((address, wallet) ->{
        wallets.add(wallet);
    });
return JSON.toJSONString(wallets);
}

得到数据之后，返回给Client：

因此我们的  responseWallets() 方法中，最后一句话新建了一个Message对象，并设置了信息码为 RESPONSE_WALLET ，在 handleMessage 中调用了 sendmsg 方法回传给Client。

case QUERY_WALLET:
        sendMsg(session, responseWallets());
        break;

3、 Clien t收到消息处理数据（调用Service，对数据处理）

Client收到了请求得到的数据，进入 P2PClient 中的 OnMessage 方法：

@OnMessage
public void onMessage(String msg) {
    p2PService.handleMessage(this.session, msg);
}

同样进入我们上面提到的 p2PService.handleMessage 方法，此时收到的信息码为 RESPONSE_WALLET ，进入 handleWalletResponse 方法：

case RESPONSE_WALLET:
        handleWalletResponse(message.getData());
        break;

handleWalletResponse 的实现， 解析接收到的钱包公钥信息，并存储到Client节点的 blockService 中。

private void handleWalletResponse(String msg) {
    List<Wallet> wallets = "\"[]\"".equals(msg)?new ArrayList<>():JSON.parseArray(msg, Wallet.class);
    wallets.forEach(wallet -> {
        blockService.addOtherWallet(walletService.getWalletAddress(wallet.getPublicKey()),wallet );
    });
}

在具体实现中，由于使用到了注入服务的方式，在向Server（@ServerEndpoint）和Client（@ClientEndpoint）中使用@Autowired 注解注入Bean的时候，由于Spring Boot单例的特点。

而Websocket每次都会创建一个新的对象，所以在使用服务的时候会导致出现空指针异常，因此，我们创建了一个工具类Spring til，每次需要服务时，都从Spring容器中获取到我们所需要的Bean，下面给出工具类代码。

public class SpringUtil implements ApplicationContextAware {
public static ApplicationContext applicationContext;
    @Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
if (SpringUtil.applicationContext != null) {
            SpringUtil.applicationContext = applicationContext;
        }
    }
/**
     * 获取applicationContext
     */
public static ApplicationContext getApplicationContext() {
return applicationContext;
    }

/**
     * 通过name获取 Bean.
     */
public static Object getBean(String name) {
return getApplicationContext().getBean(name);
    }
/**
     * 通过class获取Bean.
     */
public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
return getApplicationContext().getBean(clazz);
    }

/**
     * 通过name,以及Clazz返回指定的Bean
     */
public static <T> T getBean(String name, Class<T> clazz) {
return getApplicationContext().getBean(name, clazz);
    }
}

因此测试之前我们首先需要设定 SpringUtil 中的 applicationContext ，下面给出启动类（为了简单测试，两个节点共用一个启动类，根据Args的不同来分别处理）以及相关节点的配置。

public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello world");
    SpringUtil.applicationContext  = SpringApplication.run(Hello.class, args);
if (args.length>0){
        P2PClient p2PClient = new P2PClient();
        String url = "ws://localhost:"+args[0]+"/test";
try {
            p2PClient.connectToPeer(url);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

使用时，我们需要手动获取Bean：

//之前是这样//@Autowired//private P2PService p2PService;//改正后，去掉Autowired，每次使用都手动获取beanprivate P2PService p2PService;@OnOpenpublic void onOpen(Session session) {//如果不使用那些，在这里会报空指针异常，p2PService 为 null p2PService = SpringUtil.getBean(P2PService.class);//新增这句话从IVO容器中获取bean p2PService.sendMsg(session, p2PService.queryWalletMsg());}

Hello节点，测试时作为Server：

Test节点，测试时作为Client。

到此，我们就实现了P2P网络中Server节点与Client节点的交互过程。建议你也可以尝试一下，然后在评论区和我们讨论哦！

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