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BSN智能合约开发培训-FISCO BCOS(二)

2020-03-26 区块链服务网络 来源:火星财经

作者:微众银行

作为BSN首个引入的国产联盟链底层框架,FISCO BCOS将在4月份完成BSN适配并开启公测,届时,开发者可以免费部署一个具有三个记账节点的应用。

目前,FISCO BCOS平台支持Solidity和Precompiled两种类型的智能合约,同时,提供交互式控制台工具(Console),方便开发者与链进行交互,部署、调用智能合约。

为了让大家快速上手智能合约,FISCO BCOS推出了智能合约系列教程,本文为系列教程精编,更多实操内容敬请关注FISCO BCOS开源社区公众号。

1.智能合约简介

众所周知,智能合约的出现,使区块链不仅能处理简单的转账功能,还能实现复杂的业务逻辑,极大地推动了区块链技术发展,加速应用落地。

目前,在众多区块链平台中,大多数集成了以太坊虚拟机,并使用Solidity作为智能合约开发语言。作为一门面向合约的高级编程语言,Solidity借鉴了C++、Python和JavaScript等语言的设计,使用静态类型,不仅支持基础/复杂数据类型操作、逻辑操作,同时提供高级语言的相关特性,比如继承、重载、库和用户自定义类型等。

作为最大最活跃的国产开源联盟链社区,FISCO BOCS无缝支持Solidity合约,并提供从开发、编译、部署到调用的全链路工具和完整解决方案,使智能合约和区块链应用开发变得简单。

除此之外,基于大量探索和实践,FISCO BCOS不仅支持Solidity合约,还支持Precompiled合约,并在用户层提供CRUD合约接口。面向库表开发的CRUD合约不仅更符合用户开发习惯,进一步降低合约开发难度,提升性能,使区块链应用满足高并发场景的诉求。

2.智能合约分类

FISCO BCOS平台支持两种类型的智能合约:Solidity合约和Precompiled合约。

2.1 Solidity合约

Solidity合约运行在EVM上,EVM为以太坊虚拟机,采用哈佛架构,指令、数据和栈完全分离。

在智能合约运行期间,首先创建一个沙盒环境(EVM实例),沙盒环境与外部环境完全隔离,无法访问网络、文件系统其它进程,智能合约在EVM内只允许进行有限的操作。交易执行时,EVM通过获取合约的opcode,将opcode转化为对应的EVM指令,并按照指令进行执行。

从应用落地的数量来看,Solidity合约使用最为广泛,几乎所有区块链平台都支持,但Solidity也有很多缺点。如下:

●合约在EVM中串行执行,性能较差;

●跨合约调用会新建EVM,内存开销较大;

●合约变量和数据存在MPT数中,不便于合约升级;

●逻辑和数据耦合,不便于存储扩容。

2.2 Precompiled合约

Precompiled合约即预编译合约。预编译合约通过Precompiled引擎执行,采用C++编写合约逻辑,合约编译集成进FISCO BCOS底层节点。

调用合约不进EVM,可并行执行,突破EVM性能瓶颈;提供标准开发框架,只需继承基类,实现call接口即可;适合于逻辑相对确定、追求高并发的场景;数据存在表中,与合约分离,可升级合约逻辑。

当然,预编译合约的使用有一定的门槛。如下:

●对于数据的存储,需要创建FISCO BCOS特有的表结构;

●编写合约时需继承Precompiled类,然后实现Call接口函数;

●完成合约开发后,需在底层为预编译合约注册地址;

●编写完成合约后,需要重新编译FISCO BCOS源码。

为了屏蔽预编译合约在开发和使用中的门槛,FISCO BCOS基于预编译合约和分布式存储设计了CRUD合约接口。用户在编写Solidity合约时,只需要引入抽象合约接口文件Table.sol,便可使用CRUD功能,用户不需要关心底层的具体实现。

3.智能合约开发

本节将基于全球英文认证考试成绩管理作为场景,基于FISCO BCOS平台对智能合约进行开发。全球认证考试包括GRE、TOEFL、IELTS等。为了简化合约逻辑,所有成绩统一由考试管理中心发布和管理,学生可以根据自己的账号(地址)查询自己的考试成绩。

3.1 Solidity合约开发

在 Solidity 中,合约类似于面向对象编程语言中的类。Solidity合约有自身的代码结构,由几个部分组成,如下所示。

●状态变量:状态变量是永久存储在合约中的值

●构造函数:用于部署并初始化合约

●事件:事件是能方便地调用以太坊虚拟机日志功能的接口

●修饰器:函数修饰器可以用来改变函数的行为,比如自动检查,类似Spring的AOP

●函数:函数是合约中代码的可执行单元

创建合约

首先创建一个名为StudentScoreBySol的合约,用于管理学生的成绩。如下代码所示,开头需要引入合约版本。

定义状态变量

状态变量用于存储和管理学生的考试成绩。

在当前场景中定义两个变量,其中_owner为合约的创建者,即考试管理中心;_scores用于存储学生成绩,为一个嵌套mapping类型,第一个mapping的key(address)为学生的账户(私钥对应的地址),value也为一个mapping类型,对应为每一科的成绩,在第二个mapping中key(bytes32)为科目名称,如GRE、TOEFL等,value(uint8)为成绩。如下所示。

定义事件

定义一个事件setScoreEvent,用于跟踪对学生成绩的新增/修改操作,可以在业务层面对事件进行监听。事件的定义是可选的,如果没有定义也没关系,在业务层面可以根据方法的返回值去判断交易是否成功,但无法做到更精细的问题定位。

定义修饰器

智能合约中的修饰器(Modifier)类似面向对象编程中的AOP,满足条件才会执行后续操作。如下所示,修饰器要求必须是合约的Owner才能进行后续操作,其中Owner为考试管理中心。

定义构造方法

构造方法用于实例化合约,在当前构造方法中,指定Owner为合约的部署者。

编写函数

当前合约中,定义两个函数,setScore函数用于新增/修改/删除(score置为0)学生成绩,并使用了onlyOwner修饰器,只有Owner(考试管理中心)才能操作,并通过setScoreEvent事件跟踪每次操作内容。getScore方法用于成绩查询,其中view修饰符表示不会修改状态变量。

Solidity合约完整代码如下所示。基于Solidity语言的合约开发,看似简单,但需要对Solidity编程语言深入学习,才能编写出高可用的合约,具备一定学习成本。

通过FISCO BCOS开源社区推出的智能合约专题,开发者可了解更多运用Solidity编写智能合约的方法与技巧,关注“FISCO BCOS开源社区”公众号可获取专题。

更多细节可参考Solidity官方文档:

https://solidity-cn.readthedocs.io/zh/develop/

3.2 CRUD合约开发

CRUD合约是CRUD功能的核心,用户可以直接在合约中引用CRUD接口文件Table.sol,并在Solidity合约中调用CRUD接口。CRUD合约的开发完全遵从数据库的操作习惯,更容易理解和上手。

CRUD合约更多开发细节可参考:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/manual/smart_contract.html#crud

创建合约

CRUD创建的合约和Solidity创建的没有太大区别,唯一区别在于需要引入CRUD接口文件Table.sol,如下所示。修饰器和构造方法的作用与Solidity合约相同。

事件定义

在Solidity合约中可以通过setScore完成成绩的新增/修改/删除,但在CRUD合约中,需要借助CRUD接口文件的不同接口,通过不同函数实现,所以需要针对不同的函数定义不同时间,如下所示。

●createEvent:用于跟踪创建表操作;

●insertEvent:用于跟踪插入成绩操作;

●updateEvent:用于跟踪更新成绩操作;

●removeEvent:用于跟踪删除成绩操作。

创建表函数

CRUD合约实现业务功能,首先需要像数据库操作一样,创建一张表,用于存放数据。

FISCO BCOS底层提供了TableFactory合约,该合约的地址固定为0x1001,可以通过TableFactory对象提供的方法对表进行创建(createTable)和打开(openTable),如下所示。

createTable接口返回值为0时,说明创建成功。需要注意的是,为了让创建的表可被多个合约共享访问,表名必须是群组内全局可见且唯一的,无法在同一条链上的同一个群组中,创建多个名称相同的表。

新增成绩函数

对表进行操作时,首先需要通过TableFactory打开对应的表,获得表对象,然后通过表对象的insert方法进行数据插入。在插入数据前,首先需要构建一个Entry对象实例,代码如下所示。

需要注意的是,Table接口合约的insert、remove、update和select函数返回值类似数据库,均为受影响的记录行数,且接口中key的类型为string。

而在当前场景中,学生的studentId为address类型,所以需要在函数内部将address类型转化为string类型,代码如下。

更新成绩函数

更新成绩操作步骤包括:通过TableFactory对象打开表,然后,像数据库一样构造筛选条件。

在CRUD合约接口中,提供了Condition对象,该对象提供了诸如大于、等于、小于等一系列条件方法。构造完成条件对象后,可以调用table对象的udpdate接口,完成更新操作,代码如下。

删除成绩操作

删除操作和更新操作类似,需要调用table.remove接口完成,不再赘述,代码如下。

查询成绩操作

查询成绩操作很简单,需要调用table.select接口完成,代码如下。

至此基于CRUD的合约开发完成。

从当前场景的代码行数来看,CRUD合约比较复杂,Solidity合约相对简单。但这只是一个幻觉,实际情况可能并非如此。而且CRUD合约的开发更符合开发者习惯,没有多余的学习成本,更容易理解和上手。

4.合约部署及调用

开发完智能合约后,需要对合约进行编译和部署,然后才能调用。FISCO BCOS平台提供了交互式控制台工具(Console),可以非常方便地与链进行交互。下面将以上述智能合约为例,采用控制台工具进行部署和调用。

控制台安装及使用可参考:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/manual/console.html。

4.1准备工作

在对合约进行部署和调用前需要做三件事情。首先复制编写好的合约到控制台目录console/contracts/solidity下。如下图所示。

其次对合约进行编译,可以采用控制台目录下的sol2java.sh脚本对合约进行编译,编译结束后会在console/contracts/sdk目录下生成如下文件夹,如下图所示。

其中abi中存放合约的ABI,bin存放合约的二级制编码文件(BINARY),JAVA文件夹中为对应的JAVA合约,便于通过SDK和链进行交互。

需要注意的是对CRUD合约编译时。需要将CRUD接口合约Table.sol一并放入console/contracts/solidity目录下,不然会报错。

最后,对合约进行部署时,依赖外部账户,所以首先需要生成账户。在控制台中提供了账户生成工具get_account.sh,运行该脚本会在console/accounts目录下生成账户。

我们利用账户生成工具生成两个账户。一个为考试管理中心的账户,用于部署和新增/修改/删除学生成绩;一个为学生账户,用于查看考试成绩。如下所示。

4.2 Solidity合约部署和调用

首先采用考试管理中心账户启动控制台,如下图所示,即表示控制台启动成功。

然后通过deploy命令对合约进行部署,合约部署成功之后会返回合约地址,如下图所示。

合约部署完成之后,可以通过控制台的call命令调用合约函数。如下图所示,新增学生的GRE成绩为70(修改和删除均可通过调用setScore方法进行操作),函数返回值为true,则表示交易成功。call命令的具体用法可以通过call -h 查看。

采用学生账户启动控制台,通过getScore函数查看成绩,如下图所示,返回值为70,说明没有问题。也可以使用学生账户调用setScore方法,会报错,打印没有权限,不再赘述。

4.3 CRUD合约部署和调用

CRUD合约的部署和调用和Solidity合约没有区别,这里同样采用控制台进行。

首先采用考试管理中心账户启动控制台,并对StudentScoreByCRUD合约进行部署。如下图所示。

合约部署完成之后,调用create函数创建stu_score表,如下所示,返回结果为0,说明创建成功。

创建好表之后,就可以调用相关接口对学生成绩进行操作了,首先调用insert函数新增学生成绩。如下所示,返回结果为1,说明插入成绩成功。

成绩插入成功之后,关闭当前控制台,用学生账户登录控制台,并调用select函数查询成绩,如下图所示,返回70,说明查询成功。剩余函数测试可自行完成,不再赘述。

5.结束语

本文重点介绍了FISCO BCOS平台的智能合约开发。在FISCO BCOS平台中,既可以采用原生Solidity语言开发智能合约,也可以使用预编译合约模式开发合约。Solidity合约性能差、学习成本高;预编译合约,采用预编译引擎,支持并行计算,性能更高,同时支持存储扩容等。

但由于预编译合约使用存在一定的门槛,基于此,FISCO BCOS平台开发了CRUD合约接口,用户不需要关心底层的实现逻辑,只需要引入Table.sol合约接口文件,通过调用相关接口即可完成合约的开发。

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本文来源:区块链服务网络BSN
原文标题:BSN智能合约开发培训-FISCO BCOS(二)

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编译者/作者:区块链服务网络

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