Bitshares订单撮合详解

第1章 【绪言】

1.1 编写目的
bitshares作为一个去中心化的交易所，使用DPOS共识机制，用户可以在bitshares这条链上交易订单，链上具有自动撮合功能，撮合多笔订单，本文的目的是深入解析bitshares的源代码，对订单撮合部分功能进行讲解。

1.2 术语定义
transaction：字面意思是交易，在bitshares里面，transaction意义既包含通用意义上的交易：比如充值、提现、转账、发布限价单，还包含其它一些意义，如：创建账户，升级账户，创建见证人结点，等一系列操作。
signed_transaction：当见证人对transaction进行签名之后，这个transaction具有一定的效力，可以认为是被确认过的，所以是signed_transaction，signed_transaction才可以被存入区块中。
processed_transaction：被执行过的transaction，当一个transaction被签名后，才可以被执行，执行转账订单撮合等操作，只有被执行过的processed_transaction，才可以被放入区块中。
signed_block：区块结构，一个区块包含一个或多个processed_transaction。

第2章 【订单撮合原理及技术分析】
2.1 工作原理
bitshares是一个去中心化的交易所，用户可以在交易所上进行虚拟资产的交易，例如用比特币兑换以太坊等。当用户在客户端发布了一种类型的资产交易，例如以1个比特币兑换10个以太坊，客户端会将交易数据发布给所连接的见证人节点。见证人节点接收到后，生成一条transaction，将具体信息封装进这条transaction中。因为这类交易并不是实时完成，所以会以订单(order)的方式，保存进bitshares的数据库中。每一个order都有自己的过期时间，如果到达过期时间仍未匹配成功将被从数据库订单列表中删除。transaction会被全网广播，并被打包进区块里面。假如另外有用户a发布一个订单，以9个以太坊兑换1个比特币，而用户b也发布一个订单，以11个以太坊兑换1个比特币。显而易见，用户a的订单不满足需求，而用户b的订单满足需求，此时bitshares就会将用户b的订单与其进行匹配，匹配成功之后，从订单列表中删除，然后修改两个用户余额，进行相应资产的加减操作，这就是bitshares订单撮合的大致原理。

2.2 流程分析
当用户发布了一条限价单后，假如此条限价单是卖出1000个BTS，买回1个BTC，此限价单就是一个交易，即transaction。因为用户使用bitshares-ui这一层进行发布限价单，而每一个用户都是连接bitshares底层graphene网络中的见证人结点进行操作，所以用户发布的限价单会首先由该用户所连接的witness_node接收到命令。
witness_node接收到命令(本质上是一段json)后，会进行解析处理，此处对底层解析不作赘述，因为发布限价单的sell_asset,所以最终会调用到wallet.cpp中的sell_asset函数(1930行)。

创建一个signed_transaction，将限价单相关数据放入到limit_order_create_operation中去，然后sign_transaction。

下面详看sign_transaction这个函数，在sign_transaction函数中，主要对transaction进行一系列签名处理，这里不作详细说明，在签名完成之后，调用
_remote_net_broadcast->broadcast_transaction( tx )这个函数，将transaction广播出去给其它结点。
在broadcast_transaction函数中，主要进行两个操作，如下：_app.chain_database()->push_transaction(trx);
_app.p2p_node()->broadcast_transaction(trx);
第一个函数push_transaction，将transaction缓存起来，会调用db_block.cpp中的_push_transaction函数(229行)，在这里执行_apply_transaction函数，_apply_transaction函数，_apply_transaction函数执行这条transaction，取出transaction里面的operation，进行一系列执行过程，并将执行结果附加到这个transaction的后面，一个signed_transaction执行过后便是一个processed_transaction了，而processed_transaction会被放入到区块里面
在apply_transaction里面，进行一系列调用，此处层次比较多，暂时不作详细说明，经过limit_order_create_evaluator的do_apply函数(market_evaluator.cpp 73行)：

此处创建一个limit_order_object对象，将此limit_order_object存进数据库(object_database)，然后调用apply_order函数(db_market.cpp 239行)，其中关键代码在此处

根据limit_order_object对象中的price，从数据库中查询所有price满足要求的limit_order_object，然后在while循环中，进行match操作,match函数在301行，

在if判断中，判断生成的limit_order_object(简称order1)和查询到的limit_order_object(简称order2)，在if为true时，order2满足order1,但order1不一定满足order2，比如order1卖出1000BTS买入1BTC，order2卖出2BTC买入2000BTS，这种情况就是order2满足order1而order1不满足order2，此时可以进行匹配，运行两次fill_order函数，第一次fill_order修改order1，第二次fill_order修改order2,下面是fill_order相关代码

首先执行pay_order函数，如下

这个函数先修改order对应用户的total_core_in_orders值，减去卖出值，再修改余额，加上买入值。
然后在if( pays == order.amount_for_sale() )判断中，判断一下，如果这次匹配的卖出等于这个order的卖出，那么代表这个order匹配成功了，执行remove函数，从数据库中删除这个order，如果小于的话，说明这个order没有完全匹配成功，进行修改操作，还是用上面的例子，order2原来卖出2BTC，但和order1匹配，order2其中1个BTC会给order1，所以此处将order2的卖出改成1BTC，仍然保留在数据库中。
在match函数最后result，如果order1被满足，返回1，如果order2被满足，返回2，如果order1和order2同时被满足，返回3。
然后回来apply_order中的while循环中，每次match，如果返回值等于2，继续匹配，如果返回值不等于2，结束循环，即优先匹配order1,尽量保证order1被匹配成功，只要order1被匹配成功立即跳出循环，order2就算部分被匹配也无所谓，只进行修改。
现在push_transaction已经执行完成，下一步是broadcast_transaction这个操作，broadcast_transaction函数最终会调用node.cpp 4938行broadcast函数

判断broadcast的消息类型是transaction，将transaction相关信息缓存进_message_cache和_new_inventory里面，并执行trigger_advertise_inventory_loop。在node.cpp的1234行advertise_inventory_loop函数中，可以看到，从_new_inventory里面取出缓存的message信息，向每个结点发送一条item_ids_inventory_message消息。一个item_ids_inventory_message包含两种信息，一个是消息类型，即transaction类型，一个是消息id，是signed_transaction的哈希。
当一个signed_transaction被广播出去之后，根据grahpene网络结构，其它见证人结点也会接收到这个transaction，见node.cpp 1758行on_message函数，on_message是专门用于处理网络上消息的函数，根据不同的消息类型，进行对应的处理，当其它结点接收到transaction后，执行process_ordinary_message(node.cpp 3864行)。在这里调用handle_transaction函数，如下图所示

在这里调用database的push_transaction函数，push_transaction函数上面有讲解，执行apply_transaction函数，进行一系列处理。因为当一个见证人结点接收到transaction并广播出去了，其它的见证人结点进行同步处理，所以所有的结点都将transaction处理了一遍，保证各个结点上数据的同步。

第3章 【总结】
每一个订单对象在数据库中都是一个limit_order_object实例，此对象包含3个关键因素：卖出的资产、买入的资产、两种资产的比价(价格)。bitshares在生成一个limit_order_object后，会从数据库中按价格进行查找，找到价格可以匹配的订单，匹配成功的订单从数据库中删除，匹配部分成功的订单会修改一下留着继续匹配，匹配后会修改两个订单发布者的对应资产余额，这就是订单撮合的流程。