EVM的串行执行瓶颈与并行化优化探索

以太坊虚拟机（EVM）作为以太坊的核心执行引擎，其性能直接影响着整个网络的处理能力。传统EVM采用串行执行方式处理交易，虽然设计简单易于维护，但在区块链技术不断发展、用户群体日益扩大的今天，已经无法满足高TPS和吞吐量的需求。特别是在Rollup技术成熟落地后，EVM串行执行的性能瓶颈在二层网络中更加明显。

EVM与状态数据库（stateDB）是以太坊交易执行的两大核心组件。EVM负责解释和执行智能合约指令，而stateDB管理全局状态存储。在串行执行模式下，交易按顺序逐一处理，每笔交易都会使用独立的EVM实例，但共用同一个stateDB。这种模式下，复杂的智能合约交易会显著降低整体处理速度。

为了突破串行执行的限制，业界开始探索EVM的并行化优化方案。某ZKRollup项目提出了一种多线程并行优化方案，其核心思想是为每个线程分配独立的临时状态数据库（pending-stateDB）。具体实现包括：

1. 多线程并行执行交易，显著提升处理速度。
2. 为每个线程分配独立的pending-stateDB，暂存状态变更。
3. 优化读写操作，确保正确访问状态数据并避免冲突。
4. 引入冲突检测机制，处理多笔交易读写相同账户状态的情况。
5. 执行完成后，将多个pending-stateDB中的变更记录合并到全局stateDB。

这种优化方案在低冲突工作负载下，可将TPS提升3-5倍。理论上，如果采用所有优化手段，在高冲突工作负载中甚至可达到60倍的性能提升。

EVM的并行化优化为以太坊及其扩展方案提供了巨大的性能提升潜力。随着技术的不断完善，我们有理由期待未来会出现更多创新的优化方案，进一步提升区块链网络的处理能力和用户体验。