在上一篇文章中，我们介绍了新推出的Polkadot/Kusama平行链——Gear，它拥有最先进的智能合约引擎，还介绍了Gear的使命、主要功能和团队成员。
现在，让我们深入了解GEAR突破性技术的关键优势。
摘要
Gear关键的技术创新在于其新颖的跨合约通信方式。Gear使用Actor通信模型和WebAssemblyVM，支持并行处理，并具有速度快、成本低的优势。
事实证明，WebAssemblyVM比任何其他方案运行速度都要快。使用WebAssembly可以让GEAR的智能合约直接编译成机器码，运行速度媲美原生。更快的速度意味着更低的交易成本和更高的效率。
背景
我们可以看一看基本原理和组成部件，通过了解背景知识，更好地了解Gear的技术。
同其他区块链系统一样，Gear也维护分布式状态。运行时代码将被编译成WebAssembly并成为区块链存储状态的一部分。
存储状态包括以下部分：
程序和内存
消息队列
账户
程序和内存
程序代码存储为不可变的Wasmblob，每个程序都有固定数量的独立内存，这些内存在程序初始化时被预留，并在消息处理期间保持不变。程序只能在自己的内存空间内读写，不能访问其他程序的内存空间。
程序可以从Gear实例提供的内存池中分配到更多内存。程序以64KB为单位分配自身所需的内存。每个分配的内存块分散存储在分布式数据库后端，但在运行时中，Gear节点构造连续的运行时内存，并允许程序在其上运行而无需重载。
消息队列
Gear实例持有一个全局消息队列。使用Gear节点，用户可以向特定程序发送包含一条或多条消息的交易。这些消息将填充消息队列。在区块构造过程中，消息将被移出队列并被路由到特定程序。
账户
对于公共网络，防御DoS攻击常常在交易处理时支付gas/fee。Gear提供了一个Balance模块，允许存储用户和程序余额，并支付交易费用。
常规余额转移是在Substrate的Balances模块中进行的。余额在用户、程序和验证者帐户之间转移。
除了常规余额转移外，Gear网络还定义了gasbalance转移，用于奖励验证者节点的工作，并保护网络免受DoS攻击。
状态转换
每个系统都遵循系统状态演化所依据的规则。当网络处理新的输入数据时，状态将根据状态转移规则前进。这些输入数据被打包在称为交易的原子粒度的信息中。
Gear节点维护并同步包含所有新交易的交易池。当任何节点接收到交易时，该节点将交易传播到所有连接的节点。
当Gear验证节点生成新块时，池中的一些交易将合并到一个块中，网络将通过该块进行状态转换。上一个区块中未打包的交易将留在池中，直到生成下一个区块。
Gear支持以下交易类型：
创建程序
发送消息
退出消息队列退出多条消息，运行相关程序）
余额转移
Actor通信模型
并发系统的主要挑战之一是并发控制。它定义了不同程序之间正确的通信顺序，并协调共享资源的访问。潜在问题包括竞争条件、死锁和资源匮乏。
并发计算系统可分为两类通信模式：
共享内存通信——并发程序通过更改共享内存位置的内容进行通信。
消息传递通信——通过消息交换进行并发程序通信。消息传递并发比共享内存并发更容易理解。它通常被认为是一种更稳健的并发编程形式。
通常，消息传递并发比共享内存具有更好的性能。在消息传递系统中，每个进程的内存开销和任务切换开销更低。
有很多数学理论可以用来理解消息传递系统，包括Actor模型。
对于进程间通信，Gear使用Actor模型。Actor模型越来越流行，通常作为先进的语言概念，现在许多新的编程语言都在使用它。Actor模型的原理是程序从不共享任何状态，只是在彼此之间交换信息。
虽然在一个通常的Actor模型中，消息顺序没有任何保证，但Gear额外保证了两个特定程序之间的消息顺序保持不变。
使用Actor模型可以使我们在程序逻辑中实现基于Actor的并发性。这样我们就可以利用各种语言结构进行异步编程。
与类不同，actor一次只允许一个任务访问其可变状态，这使得多个任务中的代码可以安全地与同一个actor实例交互。
异步函数大大简化并发管理，但它们无法处理死锁或状态损坏的情况。为了避免死锁或状态损坏，异步函数应该避免调用可能阻塞其线程的函数。为了实现这一点，我们选择使用await表达式。
目前，典型的智能合约代码中缺乏对async/await模式的支持，这给智能合约开发人员造成了很多问题。实际上，通过添加手工函数，在智能合约程序流中实现更好的控制是可能的。但是合约中许多函数的问题在于，人们很容易混淆，应该在合约生命周期中的哪个阶段调用哪个函数。
Gear为程序提供通用的async/await语法。这大大简化开发和测试过程，降低智能合约开发中出错的可能性。如果程序逻辑需要，GearAPI还支持同步消息。
内存并行性
每个程序的独立内存空间允许在Gear节点上进行并行化消息处理。并行处理流的数量等于CPU内核数。每个流将处理用于一组已定义程序的消息。它与从其他程序或外部发送的消息有关。
Gear引擎使用运行时定义的流的数量，这个数量等于验证者机器上的CPU内核数，将目标程序的总量除以流数，并为每个流创建一个消息池。
程序被分配到独立的流中，每条消息都出现在其目标程序的流中。因此，发往特定程序的所有消息都会出现在一个处理流中。
在每个周期中，一个目标程序可以有多条消息，一个流将处理许多程序的消息。消息处理后，每个流的一组新消息将被添加到消息队列中，然后循环重复。消息处理过程中，生成的结果消息通常被发送到另一个地址。
WebAssemblyVM
Gear在底层使用WebAssembly。任何Gear程序都采用WebAssembly格式。WebAssembly是用于部署程序的代码格式。在Gear上下文中，任何智能合约都是一个WebAssembly程序。
WebAssembly具有以下优点：
卓越的原生速度。因为它将程序代码转换为实际的硬件指令。更高的速度意味着更高的效率和更低的交易成本。
便携性。它可以在任何硬件上运行。
安全性。经过正确验证的WebAssembly程序不能离开沙箱(由规范保证)。
WebAssembly能够成为一项引人注目的全球性行业技术有以下原因：
由该领域的所有主要竞争者合作设计和实施
设计和发布采用完整的数学和机器形式验证
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关于GearFans
Gear是波卡生态的计算组件，GearFans是Gear爱好者社区。
来源：金色财经
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