联盟链 fabric 数据库 数据存储

Hyperledger Fabric区块链结构由区块头和区块体组成，并通过父区块哈希编码构成唯一链接，Hyperledger Fabric加入一层状态缓存设计，用以提高读写性能。

Hyperledger Fabric本质上是一个分布式账本，在底层结构中都是通过键值对的方式来存储数据。而区块链1.0为了实现数据的时间可回溯性和数据防篡改机制，在链中并不保存数据的状态，而只保存对数据的变更。这就使得对某条数据的状态查询需要进行全链遍历，其查询性能很难满足一些企业级业务的性能需求，因此Hyperledger Fabric引入了“世界状态(World State)”这一概念。

Fabric 里的数据以分布式账本的形式存储。账本由一系列有顺序和防篡改的记录组成，记录包含着数据的全部状态改变。账本中的数据项以键值对的形式存放，账本中所有的键值对构成了账本的状态，也称为“世界状态”（ World State ）。当区块中保存某一条记录时，会同步更新对应Key的世界状态。当需要查询某个键值时，只需要查询对应的世界状态即可，而无需进行全链遍历。

世界状态是脱链保存在LevelDB/CouchDB结构中的，是一种链外附加缓存机制，世界状态的丢失并不会对区块链中的数据产生影响。

每个通道中有唯一的账本，由通道中所有成员共同维护着这个账本，每个确认节点上都保存了它所属通道的账本的一个副本，因而是分布式账本。对账本的访问需要通过链码实现对账本键值对的增加、删除、更新和查询等的操作。

账本由区块链（File System）和状态数据库（Level DB）两部分组成。如下图所示

状态数据库，记录了账本中所有键值对的当前值，相当于对当前账本的交易日志做了索引。链码执行交易的时候需要读取账本的当前状态，从状态数据库可以迅速获取键值的最新状态。

如果没有状态数据库，要获得某个键值时，需要遍历整个区块链中和该键值相关的交易，效率非常低，因此，读取状态数据库可以认为是快速定位和访问某个键值的方法。另外，当状态数据库出现故障的时候，可以通过遍历账本重新生成。

当一个区块附加到区块链尾部的时候，如果区块中的有效交易修改了键值对，则会在状态数据库中作相应的更新，这样区块链和状态数据库始终保持一致。

状态数据库原理上可以是各种键值数据库，Fabric 缺省使用的是 LevelDB ，也支持 CouchDB 的选项。CouchDB 除了支持键值数据之外，也支持 JSON 格式的文档模型，能够做复杂的查询。

数据存在节点：

/var/hyperledger/production/ledgersData

peer节点上账本数据库与区块数据文件路径的默认配置列表

（1）chains：chains/chains下包含的mychannel是对应的channel的名称，因为Fabric是有多channel的机制，而channel之间的账本是隔离的，每个channel都有自己的账本空间。chains/index下面包含的是levelDB数据库文件，在Fabric中默认所有的数据库都是LevelDB，这个原因作者下面会讲到，DB中存储的就是我们上面说的区块索引部分。chains/chains和chains/index就是上面所说的File System和indexDB;

（2）stateLeveldb： 同样是levelDB数据库，存储的是智能合约putstate写入的数据;

（3）ledgerProvider：数据库内存储的是当前节点所包含channel的信息（已经创建的channel id 和正在创建中的channel id），主要是为了Fabric的多channel机制服务的;

（4）historyLeveldb：数据库内存储的是智能合约中写入的key的历史记录的索引地址。

order节点上账本数据库与区块数据文件路径的默认配置列表

peer节点账本存储图如下

1 左边区块链是狭义的区块存储，底层是一个文件系统，区块并不是存储在数据库，而是直接存储为文件
2 右半部分的区块索引用于查询区块，将区块属性与区块位置相关联，例如通过区块hash、区块高度、交易id查询区块数据，区块索引的实现使用了内置数据库Leveldb
3 历史数据索引 启用与否取决于智能合约是否有查询历史的需求，记录某个键值在某条交易中被改变，只记录改变动作，不记录具体改变
4 状态数据库存储当前区块链上最新的数据，以键值对key-value的形式存储所有键的最新值

账本存储源码：
状态数据库： 可选leveldb、couchdb

vim /opt/gopath/src/github.com/hyperledger/fabric/core/ledger/kvledger/txmgmt/statedb/stateleveldb/stateleveldb.go

历史数据库

vim /opt/gopath/src/github.com/hyperledger/fabric/core/ledger/kvledger/history/db.go

区块文件读取：

vim /opt/gopath/src/github.com/hyperledger/fabric/common/ledger/blkstorage/blockstore.go

区块链数据操作 —查询
区块链数据操作 —添加

调用链码发起查询操作的时候，查的就是世界状态当中的值，因为查询操作不会对账本的当前状态造成任何改变。

而当调用链码发起写操作（更改，删除，增加）时，应用程序提交一个交易提案到背书节点，背书节点背书之后返回，应用程序再将交易发送给排序节点排序。之后排序节点将交易打包成区块，将区块分发给各个组织的 peer 节点。此时，如果该交易是一笔无效交易（比如验证签名失败，背书失败等等原因），那么该笔交易只会被存储到本地的交易记录中，但是不会更改账本的世界状态——即无效交易不会导致账本世界状态的改变。

另外，世界状态中的每个状态都有一个版本号，版本号供 Fabric 内部使用，并且每次状态更改时版本号都会发生递增。举个例子，其当前状态版本号都是0，当发生了一次对账本对象的写操作的时候，账本的状态就发生了变化，这样的新的世界状态就产生了，其中的状态的版本号就是1。

每当更新状态时，都会检查该状态的版本，以确保当前状态与背书时的版本相匹配。这就确保了世界状态是按照预期进行更新的，没有发生并发更新，是并发安全的。

首次创建账本时，世界状态是空的。因为区块链上记录了所有代表有效世界状态更新的交易，所以任何时候都可以从区块链中重新生成世界状态。这样一来就变得非常方便，例如，创建节点时会自动生成世界状态。此外，如果某个节点发生异常，重启该节点时能够在接受交易之前重新生成世界状态。