引言

到目前为止，我们已经构建了一个有工作量证明机制的区块链。在这篇文章中，我们会将区块链持久化，而不是只在内存中，然后会提供一个简单的命令行接口，用来完成一些与区块链的交互操作，代码变动较大，点击这里查看

持久化方案

Bitcoin Core ，最初由中本聪发布，现在是比特币的一个参考实现，它使用的是 LevelDB。我们为了方便，使用 Laravel提供的基于文件的缓存，大家也可以换成其他 K-V 数据库。

在 config 目录下新建一个 cache.php 配置文件。

<?php
return [
    'default' => 'file',
    'stores' => [
        'file' => [
            'driver' => 'file',
            'path' => storage_path(),
        ],
    ],
    'prefix' => 'bc_'
];

数据库结构

在开始实现持久化的逻辑之前，我们首先需要决定到底要如何在数据库中进行存储。为此，我们可以参考 Bitcoin Core 的做法：

简单来说，Bitcoin Core 使用两个 “bucket” 来存储数据：
其中一个 bucket 是 blocks，它存储了描述一条链中所有块的元数据。
另一个 bucket 是 chainstate，存储了一条链的状态，也就是当前所有的未花费的交易输出，和一些元数据。
此外，出于性能的考虑，Bitcoin Core 将每个区块（block）存储为磁盘上的不同文件。如此一来，就不需要仅仅为了读取一个单一的块而将所有（或者部分）的块都加载到内存中。但是，为了简单起见，我们并不会实现这一点。

在 blocks 中，key -> value 为：

在 chainstate，key -> value 为：

因为目前还没有交易，所以我们只需要 blocks bucket。
另外，正如上面提到的，我们会将整个数据库存储为单个文件，而不是将区块存储在不同的文件中。所以，我们也不会需要文件编号（file number）相关的东西。最终，我们会用到的键值对有：
32 字节的 block-hash -> block 结构
l -> 链中最后一个块的 hash
这就是实现持久化机制所有需要了解的内容了。

持久化

下面修改 BlockChain.php 以及 Block.php

class BlockChain
{
    /**
     * // 存放最后一个块的hash
     * @var string $tips
     */
    public $tips;

    public function __construct(string $tips)
    {
        $this->tips = $tips;
    }

    // 加入一个块到区块链中
    public function addBlock(string $data)
    {
        // 获取最后一个块
        $prevBlock = unserialize(Cache::get($this->tips));

        $newBlock = new Block($data, $prevBlock->hash);

        // 存入最后一个块到数据库，并更新 l 和 tips
        Cache::put($newBlock->hash, serialize($newBlock));
        Cache::put('l', $newBlock->hash);
        $this->tips = $newBlock->hash;
    }

    // 新建区块链
    public static function NewBlockChain(): BlockChain
    {
        if (Cache::has('l')) {
            // 存在区块链
            $tips = Cache::get('l');
        } else {
            $genesis = Block::NewGenesisBlock();

            Cache::put($genesis->hash, serialize($genesis));

            Cache::put('l', $genesis->hash);

            $tips = $genesis->hash;
        }
        return new BlockChain($tips);
    }
}


class Block
{
    public static function NewGenesisBlock()
    {
        return $block = new Block('Genesis Block', '');
    }
}

现在我们的 BlockChain 不再需要 $blocks 这个数组变量，而是使用一个 $tips，存放最后一个区块的Hash。
然后移除原来的 NewGenesisBlock 方法，新建一个 NewBlockChain，他的作用是：

1. 如果数据库已存在l，也就是有最后一个块的哈希，那就取出并创建一个 Blockchain 实例；
2. 如果不存在l，就创建一个创世区块，并更新数据库，在创建出 Blockchain 实例。

注意我们是将 Block 序列化 serialize() 以后才存入数据库的，再取出时需要进行反序列化 unserialize()。

最后修改 addBlock 方法，适配持久化逻辑。

遍历区块链

现在我们的区块链数据存放于数据库中，不方便打印区块信息了。现在我们来解决这个问题。
PHP提供了迭代器接口，让我们能自己实现遍历逻辑，修改 BlockChain.php

// 实现迭代器接口
class BlockChain implements \Iterator
{
    // ......

    /**
     * 迭代器指向的当前块Hash
     * @var string $iteratorHash
     */
    private $iteratorHash;

    /**
     * 迭代器指向的当前块Hash
     * @var Block $iteratorBlock
     */
    private $iteratorBlock;

    /**
     * @inheritDoc
     */
    public function current()
    {
        return $this->iteratorBlock = unserialize(Cache::get($this->iteratorHash));
    }

    /**
     * @inheritDoc
     */
    public function next()
    {
        return $this->iteratorHash = $this->iteratorBlock->prevBlockHash;
    }

    /**
     * @inheritDoc
     */
    public function key()
    {
        return $this->iteratorHash;
    }

    /**
     * @inheritDoc
     */
    public function valid()
    {
        return $this->iteratorHash != '';
    }

    /**
     * @inheritDoc
     */
    public function rewind()
    {
        $this->iteratorHash = $this->tips;
    }
}

添加两个成员变量，$iteratorHash 记录当前遍历的Hash，$iteratorBlock 是当前区块；然后实现迭代器方法。

CLI

下面我们来实现命令行操作，让我们能使用命令行与程序进行交互！

在项目根目录下使用下面的命令

$ php blockchain make:command InitBlockChain
$ php blockchain make:command PrintChain
$ php blockchain make:command AddBlock

你的项目名也许和我的（blockchain）不一样，可以使用
php application app:rename blockchain 来修改项目名。
完成命令创建后可以在 app/Commands 下找到创建的文件。

class InitBlockChain extends Command
{
    /**
     * The name and signature of the console command.
     *
     * @var string
     */
    protected $signature = 'init-blockchain';

    /**
     * The console command description.
     *
     * @var string
     */
    protected $description = '初始化一个区块链，如果没有则创建';

    /**
     * Create a new command instance.
     *
     * @return void
     */
    public function __construct()
    {
        parent::__construct();
    }

    /**
     * Execute the console command.
     *
     * @return mixed
     */
    public function handle()
    {
        $this->task('init blockchain', function () {
            BlockChain::NewBlockChain();
            return true;
        });
    }
}

class AddBlock extends Command
{
    /**
     * The name and signature of the console command.
     *
     * @var string
     */
    protected $signature = 'addblock {data : 区块记录的数据}';

    /**
     * The console command description.
     *
     * @var string
     */
    protected $description = '向区块链中添加一个区块';

    /**
     * Create a new command instance.
     *
     * @return void
     */
    public function __construct()
    {
        parent::__construct();
    }

    /**
     * Execute the console command.
     *
     * @return mixed
     */
    public function handle()
    {
        $data = $this->argument('data');
        $this->task('mining block:', function () use ($data) {
            $bc = BlockChain::NewBlockChain();
            $bc->addBlock($data);
            return true;
        });
    }
}


class PrintChain extends Command
{
    /**
     * The name and signature of the console command.
     *
     * @var string
     */
    protected $signature = 'printchain';

    /**
     * The console command description.
     *
     * @var string
     */
    protected $description = '格式化打印出所有块信息';

    /**
     * Create a new command instance.
     *
     * @return void
     */
    public function __construct()
    {
        parent::__construct();
    }

    /**
     * Execute the console command.
     *
     * @return mixed
     */
    public function handle()
    {
        $bc = BlockChain::NewBlockChain();
        foreach ($bc as $block) {
            $this->info('-----------------');
            $this->info('   hash: ' . $block->hash);
            $this->info('   prev hash: ' . $block->prevBlockHash);
            $this->info('   timestamp: ' . $block->timestamp);
            $this->info('   data: ' . $block->data);
        }
    }
}

下面来测试一下：

cli-test.png

在根目录下，我们也能看到多出来了缓存使用的storage目录，里面就是持久化的区块链数据。