如何调试待处理的 Ethereum 交易

当你向 Ethereum 区块链发送一笔交易时，它会去往哪里？什么是 pending 交易？在它被挖出之前会发生什么？什么是 mempool？为什么有些交易成功，而另一些失败？

我们将深入探讨 Ethereum 网络上一笔交易的流转过程，从你点击"发送"的那一刻，到交易被完全挖出为止。我们还会讨论其中可能出错的地方，以及 Alchemy 的开发者工具套件如何帮助你调试并深入了解这一过程。

虽然本指南是针对 Ethereum 的，但核心原理基本适用于所有区块链！

什么是 Ethereum 交易？

一笔 Ethereum 交易，简单来说，是用户请求将新信息编码到区块链永久状态中的一种请求。这类请求的内容通常有以下几种形式：

1. 从用户的公开账户向另一方进行简单的价值转移（例如向商家发送 ETH）
2. 在公开区块链上编码一个新的智能合约，供第三方访问（例如发起一个新的抽奖智能合约）
3. 向现有智能合约发送信息以与其交互（例如将你的名字和资金存入一个抽奖智能合约）

什么是 mempool？

在理解 Ethereum 的交易流转之前，我们首先需要了解什么是 mempool！mempool 是 Ethereum 节点中一个用于存放未确认交易的等候室，专门配置作为暂存区域。根据你使用的客户端不同，它也可能被称为 TX-POOL 或 TX-QUEUE。

发送到节点的交易首先会进入 mempool，并一直停留在那里，直到被网络完全确认。mempool 处理这一过程中的几个关键步骤，包括：

1. 运行一系列验证测试，确保交易一旦提交给矿工就能成功执行。节点可能执行的验证包括：是否有足够的资金支付 gas？交易签名是否有效？该发送地址的下一个 nonce 是否正确？
2. 根据 gas 价格对待处理的交易列表进行排序。更高的 gas 价格意味着该交易更可能被矿工优先处理。
3. 将 pending 交易与对等节点的 mempool 共享，这些节点再继续转发给其他 mempool，从而让整个网络都能查看 pending 交易列表。当一个区块被挖出时，整个网络中 gas 价格最高的交易将被确认。

Ethereum 交易流转是什么样的？

了解了 mempool 之后，从用户发送一笔交易到这笔交易被永久存储到区块链上，中间经历了哪些步骤？

1. 用户生成一笔新交易，用自己的私钥对交易签名，并通过调用 eth_sendTransaction 或 eth_sendRawTransaction 方法将其发送到区块链上的某个节点，这通常是通过类似 Alchemy’s Node API. 这样的服务实现的。
2. 该交易被发送到某个节点的 mempool。
3. mempool 运行一系列验证测试。如果交易通过这些验证，它将进入 pending 状态。
4. 该节点会将交易广播给区块链上的其他节点，交易最终会进入它们各自的 mempool。
5. 一旦区块链上的某个节点挖出新区块，大约 200 笔 gas 价格最高的 pending 交易将被打包进下一个区块。这些交易会从 mempool 中移除，新区块和 mempool 状态会在网络中传播。
6. 再确认 5 - 7 个区块之后，区块链重新组织并转向另一条分叉（带有不同的已确认交易集合）的可能性将变得微乎其微。此时，可以认为该交易已经永久存在于区块链上。

一笔 pending 的 Ethereum 交易可能会出什么问题？

1. mempool 可能已满

先从简单的说起。mempool 的大小是有限制的（除非你使用像 Alchemy 这样的工具！），无论是整个节点范围内，还是每个地址在节点中的限制都是如此。以 Geth 为例，通常限制为 4096 笔 pending 交易，Geth 会丢弃较旧的 pending 交易，优先保留较新的。

2. 你的参数可能无效

发起一笔交易时，你需要提供一系列相关参数，例如：

• 发送地址和目标地址是什么？
• 要转移的价值是多少？
• 你愿意为这笔交易花费多少 gas？
• 这笔交易当前应使用的 nonce 是多少？

如果你在填写这些内容时出错，节点通常会返回一个错误代码来说明问题所在。如果你看不懂错误信息，也无法通过 Google 找到答案，可以访问 Alchemy support center。

3. 你的 gas 价格可能过低

为了决定优先处理哪些交易，Ethereum 交易必须附带 gas 价格提交。就像普通拍卖一样，gas 价格越高，你的交易就越可能被纳入下一个区块——而 gas 价格过低则可能导致交易永远无法上链。

由于 gas 价格在一天中会因需求变化而快速且不可预测地波动，正确设置这个字段非常重要。你有几种选择：

• 如果你是手动发送单笔交易，可以访问 ETH Gas Station website 查看最新的 gas 价格，并据此设置你的价格。
• 如果你是通过像 Alchemy 这样的节点提供商发送请求，Ethereum JSON-RPC 规范提供了一个名为 eth_estimateGas 的端点，可以帮你估算出交易被挖出所需的 gas 量！你可以用它来实现 gas 价格的程序化自动设置。
• 如果你希望在 gas 价格高于或低于某个特定值时收到推送通知，我们提供了一个名为 Gas Price Notifications in Alchemy Notify 的工具，可以在这些情况下专门提醒你！由于它是 webhook，因此非常容易集成到你的代码中，在 gas 价格较低时自动发送交易。

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4. 你的 nonce 可能不正确

啊，每个人心中都憋着一个问题——nonce 到底是什么，我为什么需要它？？这是个很合理的问题，我们很高兴你问了。

简单来说，nonce 就是某个地址已发送的交易数量。如果你已经成功确认了五笔交易（nonce 0-4），那么你下一笔 pending 交易的 nonce 将是 5。

Nonce 遵循几条规则：

• Nonce 必须按顺序发生。 nonce 为 4 的交易严格先于 nonce 为 5 的交易发生。
• Nonce 不能重复或跳过——每笔成功的交易对应恰好一个 nonce。如果你还没有 nonce 为 5 的交易，就不能提交 nonce 为 6 的交易。同样地，你也不能提交两笔 nonce 都为 5 的交易——只有一笔会通过。

我们为什么需要它们？从密码学角度来看，nonce 是确保某个地址发出的交易按照你发送的顺序执行所必需的，同时也能保护你的交易免受双花问题的影响。

实际上，nonce 只是你在创建交易时必须设置的一个参数。这使你可以对交易顺序进行精细的手动控制。

举个实际的例子，假设你想从某个市场购买一个 NFT，然后向 Bob 支付一笔小额的"介绍费"，感谢他帮你发现了这个 NFT。在这种情况下，你只想在成功购买 NFT 之后才付钱给 Bob。如果没有 nonce，你就无法同时提交这两笔交易并确保它们按特定顺序发生。使用 nonce，你只需将一笔交易标记为 nonce N，另一笔标记为 nonce N + 1！

然而，这种精细控制意味着你每次都需要以正确的 nonce 提交交易！如果你的交易卡住了，你需要检查你的 nonce，确保它按照上述规则被正确设置。

5. 你的区块可能被分叉

你会"喜欢"这一条：即使你的交易成功被挖出，你也 仍然 没有完全安全 😡 。

由于区块链是去中心化的，网络中不同的节点集合可能对网络状态有不同的看法。具体来说，偶尔会有两个矿工几乎同时挖出一个新区块，而对等节点会以相同的速率跳转到这两条新链上。在这种情况下，两条新链会并行增长——但最终其中一条会获得稍多一点的共识！

当整个网络都转向其中一条链并放弃另一条时，已经在旧链上"挖出"的交易会变成分叉交易，从而失效。这些分叉区块也被称为"叔块"（uncle blocks）。

这意味着即使你的交易已经被挖出，它仍然可能因为区块分叉而失效！你可以在这里查看 Etherscan 上的分叉区块历史记录。幸运的是，在 Ethereum mainnet 上这种情况并不常见，通常深度不超过 5 个区块，但这也是为什么 DeFi 交易协议在至少 5 - 7 个区块确认之前，永远不会认为你的交易"完全"确认。

我可以使用哪些工具来管理我的 mempool 和 Ethereum pending 交易？

Alchemy mempool watcher

假设你四十分钟前向某个节点的 mempool 发送了一笔交易，但一直没看到它在区块链上被确认。你想了解它当前的状态、发送时使用的 gas 价格，以及 nonce，以便进行核实。该怎么做？

访问你的 mempool 交易状态曾经（现在也仍然）是一团乱麻。由于查看 mempool 状态的唯一接口是通过 Ethereum JSON-RPC API，开发者们不得不花费数小时查询他们发送交易的各个节点，合并并翻查大量日志，试图手动重建整个 mempool 的状态——而这仅仅是为了一次查询。

这就是对一个繁忙 mempool 发起普通调用的样子：

更糟糕的是，当开发者为了扩展规模开始向多个节点发送请求时，会出现严重的一致性问题——由于交易源自单个节点，针对某笔特定交易的请求每次都需要被"粘性路由"到同一个节点。

为了应对这些挑战，我们构建了 Mempool Watcher ——一个简化了大量这类复杂性的工具。首先，我们处理所有节点路由问题，因此即使你可能在使用数十个节点来扩展规模，你的 mempool 始终表现为一个单一实体——mempool 请求会被正确路由到我们基础设施内相应的节点。

其次，我们为你提供了一些非常实用的工具，可以实时查看你的交易状态。交易会被标记为已挖出（mined）、pending 或已丢弃（dropped）。每条交易记录都包含该交易处于 pending 状态的持续时间、所需的 gas 量，以及访问更多详情的入口。

Alchemy explorer

如果你通过脚本同时向某个节点发送了二十笔不同的交易，却发现其中一些甚至都没能到达该节点，你该怎么办？如何追踪这些失败的响应并找出规律，确定原因？

与上述情况类似，作为开发者，你通常需要翻查大量日志才能找出规律。为此，我们构建了一个请求/响应浏览器工具，让你能够追踪通过我们 API 发送的 JSON-RPC 请求的状态！

我们的 Alchemy Explorer 允许你搜索通过我们基础设施发送的历史请求和响应，时间跨度从 1 秒前到 7 天前都可以！不再需要翻找日志——现代技术就在你手边。

在这些请求中，你可以按各种参数进行过滤，例如方法类型、HTTP 响应或节点特定的错误！你可以根据时间戳、请求耗时等更多选项查看请求。

为什么我应该使用 Alchemy 来管理我的交易？

Alchemy 是一个节点提供商，这意味着我们管理着向 Ethereum 区块链（以及其他几条链！）发送和接收请求所需的所有基础设施。以下是关于你为什么需要节点提供商的一些信息。

一旦你通过我们的系统发送请求，你就能获得上文提到的所有针对 pending 交易的好处：可扩展的 mempool、dashboard 工具、gas 价格 webhook。

除此之外，我们还将为你提供：

• 访问 Alchemy's Node API 的权限，其背后由专有基础设施支持，解决了困扰区块链的可扩展性和一致性问题。
• 访问我们 Dashboard 的权限，它通过提供像上文所讨论的那些工具，帮助你构建和监控应用程序。
• 访问 Alchemy Notify 的权限，这是一个为区块链上发生的交易等事件提供推送通知（webhook）的工具。
• 访问我们 Enhanced APIs 的权限，让你能够发起原本计算成本高昂或无法实现的区块链请求。
• 还有更多，包括在各种链上访问这些功能，例如 Flow、Crypto.org，以及 L2 如 Polygon、Optimism 和 Arbitrum！

开始使用 Alchemy

解锁 Alchemy 的 Node API 和开发者工具非常简单——事实上，只需要一行代码！如果你一直在使用 web3.js 或 ethers.js，那么只需免费创建一个 Alchemy 账户，生成一个 API key，然后用类似这样的内容替换实例化代码即可：

如果你想要完整的教程，请阅读我们的 Getting Started with Alchemy guide。如果你需要更多帮助，请访问 Alchemy support center。