ipfs pubsub代码解读

Pubsub: Publish-subscribe发布订阅模式

运行环境

版本：[email protected] [email protected]

本文运行两个节点，一个在ubuntu，另外一个在windows，下文用ipfs1代表ubuntu端的ipfs，用ipfs2代表windows端的ipfs。两个节点将彼此的地址添加到彼此的bootstrap中，形成由2个节点组成的测试网。

两者的peerID分别为:

ipfs1: QmUB36eFCLEN4PvwSQaJ2tsEBr9epTm5h1rATuY11baZ6o
ipfs2: Qmco9fPhEC9aYsFxY3ZekoUMZucmNa9soWDXh6xgr6FsJy

两个节点启动daemon的时候都添加参数：–enable-pubsub-experiment

$ ipfs daemon --enable-pubsub-experiment

两个节点都将bitswap/dht/namesys/pubsub的log等级设置为debug

$ ipfs log level bitswap debug & ipfs log level dht debug & ipfs log level namesys debug & ipfs log level pubsub debug

ipfs pubsub命令实操

$ ipfs pubsub
USAGE
  ipfs pubsub - An experimental publish-subscribe system on ipfs.

  ipfs pubsub

  ipfs pubsub allows you to publish messages to a given topic, and also to
  subscribe to new messages on a given topic.
  
  This is an experimental feature. It is not intended in its current state
  to be used in a production environment.
  
  To use, the daemon must be run with '--enable-pubsub-experiment'.

SUBCOMMANDS
  ipfs pubsub ls                    - List subscribed topics by name.
  ipfs pubsub peers [<topic>]       - List peers we are currently pubsubbing with.
  ipfs pubsub pub <topic> <data>... - Publish a message to a given pubsub topic.
  ipfs pubsub sub <topic>           - Subscribe to messages on a given topic.

  For more information about each command, use:
  'ipfs pubsub  --help'

首先ipfs2订阅"phone"这个topic

$ ipfs pubsub sub phone

接着ipfs1 publish", topic为"phone"，内容为"Moring"

$ ipfs pubsub pub phone "Moring"

最后看ipfs2的终端

$ ipfs pubsub sub phone
Moring

在ipfs2中另外开一个终端，查询节点当前订阅的topic

$ ipfs pubsub ls
phone

ipfs1查找订阅"phone"这个topic的peer，如果topic为空，默认是查找所有的topic

ipfs pubsub peers phone
QmUB36eFCLEN4PvwSQaJ2tsEBr9epTm5h1rATuY11baZ6o

代码讲解

ipfs config文件中关于pubsub的默认配置

"Pubsub": {
    "DisableSigning": false,
    "Router": "",
    "StrictSignatureVerification": false
  }

DisableSigning为false，表示本节点publish消息时需要签名，StrictSignatureVerification为false，表明接受不带签名的publish消息。

Router有3种，默认使用的是FloodSubRouter，RandomSubRouter目前没有被ipfs使用。

FloodSubRouter
GossipSubRouter
RandomSubRouter

顾名思义，Flood是洪泛的意思，即向所有订阅节点发布(publish)；gossip是私语的意思，即向6个订阅节点发布；random是随机的意思，即随机向6个订阅节点发布。
值得注意的是，FloodSubRouter是基础协议，GossipSubRouter和RandomSubRouter都支持FloodSubRouter。

显然，GossipSubRouter最好用，也最复杂，接下来主要讲解GossipSubRouter

GossipSubRouter

GossipSubRouter结构：

type GossipSubRouter struct {
	p       *PubSub
	peers   map[peer.ID]protocol.ID         // peer protocols
	mesh    map[string]map[peer.ID]struct{} // topic meshes
	fanout  map[string]map[peer.ID]struct{} // topic fanout
	lastpub map[string]int64                // last publish time for fanout topics
	gossip  map[peer.ID][]*pb.ControlIHave  // pending gossip
	control map[peer.ID]*pb.ControlMessage  // pending control messages
	mcache  *MessageCache
}

GossipSub以topic为单位维护两个网络，分别为mesh和fanout，两者都包含订阅该topic的节点，如果自身订阅了一个topic，则mesh[topic]不为空，fanout为空；如果没有订阅，则mesh[topic]为空。

publish过程

publish的时候，首先会判断自己有没有订阅这个topic，即判断mesh[topic]是否为空，如果不为空，就向mesh[topic]中的节点发送publish消息；如果为空，就判断fanout[topic]是否为空，如果不为空，就向fanout[topic]中的节点发送publish消息；如果为空，就从pubsub.topic[topic]中向fanout[topic]补充节点至多6个节点，最后向这些节点发送publish消息。

其它节点收到publish消息后，会首先判断是否已经收到过这个publish消息，如果已经收到就将其丢弃；如果之前没收到，首先校验消息（如果publish消息附带签名，就检验签名），除了推送给本地的订阅了topic的对象，还会将该消息原封不动publish出去，过程同上，以此完成消息传递过程，这是一个典型的gossip过程。

为了回收空间，对于一个topic，如果1分钟不publish，就会delete fanout[topic]。

go-libp2p-pubsub/gossipsub.go

	// overlay parameters
	GossipSubD   = 6
	GossipSubDlo = 4
	GossipSubDhi = 12

	// gossip parameters
	GossipSubHistoryLength = 5
	GossipSubHistoryGossip = 3

	// heartbeat interval
	GossipSubHeartbeatInitialDelay = 100 * time.Millisecond
	GossipSubHeartbeatInterval     = 1 * time.Second

	// fanout ttl
	GossipSubFanoutTTL = 60 * time.Second

Subscribe过程

当Subscribe一个topic时，首先会判断自己有没有订阅这个topic，即判断pubsub.myTopics[topic]是否为空，如果不为空，表明自己已经订阅，直接return； 如果为空，则join gossip mesh，首先mesh[topic]是否为空，如果不为空，表明之前已经join了，直接return； 如果为空，就判断fanout[topic]是否为空，如果不为空，表明自己在1min内publish过这个topic，则将fanout[topic]移出到mesh[topic]，并delete fanout[topic]。 如果为空，从pubsub.topics[topic]补充6个节点到mesh[topic]，并且向这些补充进来的节点发送iGraft消息，告诉它我把它加入到mesh[topic]，其它节点收到iGraft消息后，也会把我加入到mesh[topic]中。

取消订阅时，首先会判断自己有没有订阅这个topic，即判断mesh[topic]是否为空，如果为空，表明自己没有订阅，直接return；如果不为空，表明自己已经订阅，则删除mesh[topic]，并且向那些被剔除的节点发送iPrune消息，告诉它我把它从mesh[topic]网络剔除了，其它节点收到iPrune消息后，也会把我从mesh[topic]剔除。

消息交换&网络控制

为了确保网络节点在线，gossip每1S就会发送一个心跳包，以维护网络。心跳包的另外一个功能是交换信息，如iHave、iGraft和iPrune。

其它节点收到心跳包后，会判断iHave是否有自己想要的消息，如果有，那么向其发送iWant消息。

gossipSub每1S都会检查mesh[topic]的节点个数，如果少于6个节点则从pubsub.topics[topic]中补充，并且向这些补充进来的节点发送iGraft消息，告诉它我把它加入到mesh[topic]，其它节点收到iGraft消息后，也会把我加入到mesh[topic]中；

如果多于6个节点，就会随机剔除多余的节点，并且向那些被剔除的节点发送iPrune消息，告诉它我把它从mesh[topic]网络剔除了，其它节点收到iPrune消息后，也会把我从mesh[topic]剔除。

RPC消息

pubsub使用RPC通信

// pubsub.go
type RPC struct {
	pb.RPC

	// unexported on purpose, not sending this over the wire
	from peer.ID
}

// rpc.pb.go
type RPC struct {
	Subscriptions        []*RPC_SubOpts  `protobuf:"bytes,1,rep,name=subscriptions" json:"subscriptions,omitempty"`
	Publish              []*Message      `protobuf:"bytes,2,rep,name=publish" json:"publish,omitempty"`
	Control              *ControlMessage `protobuf:"bytes,3,opt,name=control" json:"control,omitempty"`
}

type RPC_SubOpts struct {
	Subscribe            *bool    `protobuf:"varint,1,opt,name=subscribe" json:"subscribe,omitempty"`
	Topicid              *string  `protobuf:"bytes,2,opt,name=topicid" json:"topicid,omitempty"`
}

type Message struct {
	From                 []byte   `protobuf:"bytes,1,opt,name=from" json:"from,omitempty"`
	Data                 []byte   `protobuf:"bytes,2,opt,name=data" json:"data,omitempty"`
	Seqno                []byte   `protobuf:"bytes,3,opt,name=seqno" json:"seqno,omitempty"`
	TopicIDs             []string `protobuf:"bytes,4,rep,name=topicIDs" json:"topicIDs,omitempty"`
	Signature            []byte   `protobuf:"bytes,5,opt,name=signature" json:"signature,omitempty"`
}

type ControlMessage struct {
	Ihave                []*ControlIHave `protobuf:"bytes,1,rep,name=ihave" json:"ihave,omitempty"`
	Iwant                []*ControlIWant `protobuf:"bytes,2,rep,name=iwant" json:"iwant,omitempty"`
	Graft                []*ControlGraft `protobuf:"bytes,3,rep,name=graft" json:"graft,omitempty"`
	Prune                []*ControlPrune `protobuf:"bytes,4,rep,name=prune" json:"prune,omitempty"`
}

type ControlIHave struct {
	TopicID              *string  `protobuf:"bytes,1,opt,name=topicID" json:"topicID,omitempty"`
	MessageIDs           []string `protobuf:"bytes,2,rep,name=messageIDs" json:"messageIDs,omitempty"`
}

type ControlIWant struct {
	MessageIDs           []string `protobuf:"bytes,1,rep,name=messageIDs" json:"messageIDs,omitempty"`
}

type ControlGraft struct {
	TopicID              *string  `protobuf:"bytes,1,opt,name=topicID" json:"topicID,omitempty"`
}

type ControlPrune struct {
	TopicID              *string  `protobuf:"bytes,1,opt,name=topicID" json:"topicID,omitempty"`
}

RPC_SubOpts封装的是订阅信息，即是否订阅某一topic。当有新peer连接的时候，ipfs1会和新peer握手(Helo)，握手内容是Subscriptions，即当前订阅的topic。其它节点收到ipfs1发过来的hello(rpc)后，会把其peerID加入到pubsub.topics[topic]中，以便后续publish或者Subscribe该topic的时候，找得到订阅的peer。

Message封装的是publish消息，其中From是publisher；Data是内容数据；Seqno是序列号，用于标识版本，每次publish，Seqno加1(pubsub.counter++)；TopicIDs是topic集；Signature是签名。

ControlMessage封装的是控制消息，分别是IWant, IHave、IGraft和IPrune, 其中后3者以topic为单位。