Stellar-Core项目中的内存化账本状态优化方案

背景与需求分析

在区块链系统中，账本状态的高效访问是影响交易处理性能的关键因素。Stellar-Core项目团队近期提出了一个创新性的优化方向——通过内存化存储活跃账本状态来显著提升系统性能。这一需求的产生主要基于两个技术背景：

1. 状态归档机制的实施：随着状态归档功能的部署，活跃账本中的有效状态数据量大幅减少，这些数据正是交易验证和应用过程中需要频繁访问的核心数据集。

2. 协议层限制：系统通过配置参数严格限制了活跃状态的最大规模，这使得将所有活跃状态完整加载到内存成为可能。

技术方案设计

核心架构

方案提出建立一个集中式的内存数据结构（如哈希映射表）来存储所有活跃账本状态，该设计具有以下关键特性：

1. 启动初始化：在系统启动时通过assumeState函数调用完成数据结构的初始化加载。

2. 读写分离：

   • 所有读操作直接访问内存缓存
   • 写/删除操作由LedgerManager或LedgerTxnRoot统一管理

3. 持久化保障：虽然数据在内存中缓存，但仍会同步写入BucketList进行持久化存储。

特殊处理机制

考虑到系统特殊性，方案对特定数据类型做了特别处理：

1. 报价数据：由于需要复杂的索引支持，报价数据仍保留在SQL数据库中。

2. 测试支持：在测试环境中可以使用内存SQL数据库来模拟报价表功能。

实施价值与演进路径

当前价值

虽然目前由于传统条目类型的存在还不能在生产环境完全实现全状态内存化，但已经可以：

• 实现所有Soroban条目的内存缓存
• 为最大TPS测试和追赶测试提供理想环境
• 为未来传统条目淘汰后的系统架构进行前瞻性验证

未来演进

随着传统条目类型的逐步淘汰，系统将能够实现：

• 生产环境下的全状态内存化
• 更极致的性能优化空间
• 更简化的系统架构

技术实现细节

在实际编码实现时，开发团队发现现有的BucketList内存缓存已经部分实现了这一设计理念。这表明系统架构具有良好的扩展性，新的优化方案可以基于现有基础设施平滑演进，既保证了技术实现的可靠性，又能快速获得性能提升。

这一技术演进代表了区块链底层架构优化的重要方向，通过合理利用现代服务器的内存资源优势，在保证数据持久性的前提下，大幅提升交易处理效率，为Stellar网络应对未来更高的性能需求奠定了坚实基础。