EVM的串行執行瓶頸與並行化優化探索

以太坊虛擬機（EVM）作爲以太坊的核心執行引擎，其性能直接影響着整個網路的處理能力。傳統EVM採用串行執行方式處理交易，雖然設計簡單易於維護，但在區塊鏈技術不斷發展、用戶羣體日益擴大的今天，已經無法滿足高TPS和吞吐量的需求。特別是在Rollup技術成熟落地後，EVM串行執行的性能瓶頸在二層網路中更加明顯。

EVM與狀態數據庫（stateDB）是以太坊交易執行的兩大核心組件。EVM負責解釋和執行智能合約指令，而stateDB管理全局狀態存儲。在串行執行模式下，交易按順序逐一處理，每筆交易都會使用獨立的EVM實例，但共用同一個stateDB。這種模式下，復雜的智能合約交易會顯著降低整體處理速度。

爲了突破串行執行的限制，業界開始探索EVM的並行化優化方案。某ZKRollup項目提出了一種多線程並行優化方案，其核心思想是爲每個線程分配獨立的臨時狀態數據庫（pending-stateDB）。具體實現包括：

1. 多線程並行執行交易，顯著提升處理速度。
2. 爲每個線程分配獨立的pending-stateDB，暫存狀態變更。
3. 優化讀寫操作，確保正確訪問狀態數據並避免衝突。
4. 引入衝突檢測機制，處理多筆交易讀寫相同帳戶狀態的情況。
5. 執行完成後，將多個pending-stateDB中的變更記錄合並到全局stateDB。

這種優化方案在低衝突工作負載下，可將TPS提升3-5倍。理論上，如果採用所有優化手段，在高衝突工作負載中甚至可達到60倍的性能提升。

EVM的並行化優化爲以太坊及其擴展方案提供了巨大的性能提升潛力。隨着技術的不斷完善，我們有理由期待未來會出現更多創新的優化方案，進一步提升區塊鏈網路的處理能力和用戶體驗。