uniswap - V3源代码导读

理解了uniswap V3的技术白皮书，看对应的源代码相对轻松。uniswap V3的逻辑复杂一些，代码写的还是比较清晰。强烈建议，先理解uniswap V3的技术白皮书，再查看源代码：

uniswap - V3技术白皮书导读

uniswap V3的智能合约的代码链接如下：

https://github.com/Uniswap/uniswap-v3-core

https://github.com/Uniswap/uniswap-v3-periphery

1.总体框架

和V2的代码逻辑一致，整个功能分成两部分：核心功能(core)和辅助功能(periphery)。两个部分的关系如下：

辅助功能也分为两个部分：交易池(Position)管理和swap路由管理。NonfungiblePositionManager负责交易池的创建以及流动性的添加删除。SwapRouter是swap路由的管理。UniswapV3Factory是交易池(UniswapV3Pool)统一创建的接口。UniswapV3Pool由UniswapV3PoolDeployer统一部署。UniswapV3Pool是核心逻辑，管理了Tick和Position，实现流动性管理以及一个交易池中swap功能实现。每个Pool中的Position都做成了ERC721的Token。也就是说，每个Position都有独立的ERC721的Token ID。

2.创建交易池(Pool)

NonfungiblePositionManager负责交易池的创建以及流通性的添加/删除。先介绍一些全局变量的定义：

每一个Pool都有一个唯一编号，编号从1开始（_nextPoolId）。_poolIds记录所有交易池的地址和编号的对应关系。每个交易池的关键信息由PoolKey表示（定义在libraries/PoolAddress.sol）：

每个交易池由交易池的两个Token以及收取的费用唯一标示。_poolIdToPoolKey记录交易池编号和PoolKey的对应关系。

所有交易池中的Position都归总管理，并赋予一个全局唯一的编号（_nextId)，从1开始。 每个Position由创建地址以及边界唯一确定：

接着看看NonfungiblePositionManager的构造函数：

_factory是核心功能(core)中的UniswapV3Factory的地址。_WETH9是ETH智能合约的地址。_tokenDescokriptor是ERC721描述信息的接口地址。

通过createAndInitializePoolIfNecessary函数创建一个交易池：

逻辑比较简单，通过UniswapV3Factory查看是否已经存在对应的交易池，如果没有，创建交易池，如果有了但是还没有初始化，初始化交易池。深入查看两个函数：createPool和每个交易池的initialize函数。

createPool

核心逻辑是调用UniswapV3PoolDeployer的deploy函数创建UniswapV3Pool智能合约并设置两个token信息，交易费用信息和tick的步长信息：

接着查看deploy函数，创建UniswapV3Pool智能合约。注意每个交易池的地址的设置，是token0/token1/fee的编码后的结果。也就是说，每个交易池有唯一的地址，并且和PoolKey信息保持一致。通过这种方法，从PoolKey信息可以反推出交易池的地址。

initialize

每个交易池的initialize函数初始化交易池的参数和状态。所有交易池的参数和状态用一个数据结构Slot0来记录：

注意的是，在初始化的时候，初始化了交易价格。这样可以把所有流动性的添加逻辑统一。

3.添加流动性

NonfungiblePositionManager的mint函数实现初始的流动性的添加。increaseLiquidity函数实现了流动性的增加。这两个函数的逻辑基本一致，都是通过调用addLiquidity函数实现。mint需要额外创建ERC721的token。

addLiquidity实现在LiquidityManagement.sol：

先通过交易池的核心信息计算出对应创建的交易池的地址：

流动性添加的核心逻辑由交易池的mint函数实现。mint函数又是由两个子函数实现：_modifyPosition和_updatePosition。

_updatePosition

为了便于计算，流动性的状态更新是通过流动性(position)边界上的Tick的liquidityNet来表示：

_updatePosition主要就是更新Poisition对应边界的Tick信息：

_modifyPosition

除了更新Tick信息外，_modifyPosition需要计算在当前价格情况下一定流动性对应资金金额。当前的价格存在_slot0.tick中，所以大体的逻辑如下：

具体的计算公式可以查看技术白皮书的6.29和6.30公式。值得注意的是，在添加流动性时，如果添加的流动性包括当前的价格，当前的流动性需要更新。也就是上述代码的liquidity的更新。每个交易池中的liquidity保存了当前价格对应的流动性总和。

交易池的mint函数只是实现了当前价格下添加对应流动性的两种Token的金额的计算。代币的转账通过uniswapV3MintCallback函数实现。

4.删除流动性

删除流动性的逻辑，和添加流动性的逻辑调用关系类似，调用交易池的burn函数。burn函数的核心也是调用_modifyPosition函数实现流动性的调整。_modifyPosition函数实现了正负流动性的调整。

在删除完流动性后，每个流动性对应需要取回的资金金额暂时存储在tokensOwed0和tokensOwed1变量：

如果某个流动性为0，并且所有的手续费已经收取，可以通过NonfungiblePositionManager的burn函数删除该流动性对应的ERC721的Token 。

5.Swap流程

swap的逻辑实现在SwapRouter.sol，实现了多条路径互连swap逻辑。总共有两套函数：

exactInputSingle/exactInput

exactOutputSingle/exactOutput

exactInputSingle和exactOutputSingle是单交易池的swap函数，一个是从指定swap的输入金额，换取一定的输出，一个是指定swap的输出金额，反推需要多少输入金额。

无论是exactInputSingle，还是exactOutputSingle，最终都是调用交易池的swap函数：

recipient是发起swap的发送地址，zeroForOne的意思是，是否是Token0转换为Token1，amountSpecified是需要转换的金额，sqrtPriceLimitX96是价格上限。

exactInput还是exactOutput通过传入的金额正负进行区分：

整个函数的主体由一个while循环组成。也就是说，swap过程分解成多个小步骤，一点点的调整当前的Tick，直到满足所有的交易量：

计算下一个可能的Tick，并更新价格

计算swap的Token0/Token1以及交易费用

在一个价格范围内的Token0/Token1量的变化，可以通过getAmount0Delta/getAmount1Delta函数（SqrtPriceMath.sol）计算，也就是6.14/6.16的公式。

计算费用

更新Tick信息

在swap完成后，结合IUniswapV3SwapCallback接口实现Swap的两种代币转账：

多条路径的swap（exactInput/exactOutput）是在exactInputSingle/exactOutputSingle的基本上构建而成。

6.提取交易费

NonfungiblePositionManager提供了collect函数提取手续费。每个Position中记录在流动性不变的情况下的一定时间内的费用增长率（feeGrowthInside）。在每个Position更新流动性时会更新一次增长率。如果不更新流动性，在提取交易费时，先调用交易池的burn函数更新一下增长率，并主动计算出可以收取的手续费：

再调用交易池的collect函数，完成交易费的收取。

总结：

uniswap V3的核心是在一定区间提供流动性。相对V2，代码复杂度增加不少。整个代码主要分为两部分：核心逻辑和辅助功能。核心逻辑又分为两部分：交易池以及Position的管理和Swap功能逻辑。交易池中的每个Position设计并实现成ERC721的Token。Swap核心逻辑在Tick以及Position的管理的基础上实现。