基于微服务的校园CRP平台核心架构设计.pdf

第 卷第 期宿州学院学报.年 月 .:./.基于微服务的校园 平台核心架构设计劳雪松安徽警官职业学院信息管理系安徽合肥摘要:经过多年建设校园各类信息系统的种类和功能均已成熟 然而由于没有应用统一的开发架构各业务系统之间数据相互孤立业务联动与数据分享困难虽可通过多种附加式技术手段部分解决但如何方便高效的整体调度和利用仍是难题 提出基于微服务的统一开发架构开发校园()平台利用其强大的业务划分功能和基于云原生的开发、部署特性高度整合各业务系统使平台具有在云计算环境下快速部署、敏捷迭代与灵活运维的能力关键词:校园资源计划微服务云原生容器中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:安徽省高校自然科学研究重点项目()作者简介:劳雪松()安徽合肥人讲师研究方向:虚拟化与云计算技术、大数据技术 “互联网 ”的时代背景下校园数字化、信息化已具相当规模校园信息系统及基础设施的类型与数量不断增加 然而业务系统建设时期各不相同技术架构、数据及通信标准不统一系统功能的整合、数据共享与业务联动等问题成为整个系统的瓶颈 应用云计算技术的 模式虽可有效提升硬件利用率但业务功能快速迭代、运维管理、系统性能等诸多方面仍面临困难 本文探讨如何基于微服务开源框架工具集 在云计算环境下开发与部署校园资源计划 系统(以下简称 系统)来解决上述问题 校园信息系统应用现状分析.传统开发架构的不足传统/架构虽明确分出前后端但软件总体架构仍是单体架构这种架构会随着数据量和业务功能的增加导致其臃肿而引发效率低下即使应用诸如负载均衡服务器集群、读写缓存服务器集群 模式等技术手段也很难解决其内生问题 架构中模块划分粒度粗依赖重型的 总线通信与集成不够敏捷在大型系统的实际应用中效果不佳这些传统架构均不能很好地融入云原生环境.私有云运算潜力不足私有云技术可通过 模式解决硬件资源利用率不足的问题随着信息系统的不断扩张继续增加私有云的规模会导致硬件与管理成本迅速上升即使采用公有云或混合云部署系统若开发架构本身不具有良好的云原生特性会导致严重的兼容性与低性能(总拥有成本)本会更高 因此应选择具有云原生特性的开发架构构建新系统迭代旧系统 系统总体设计原则 系统总体设计应遵循以下原则:()系统中的所有业务模块都可进行有效的统一管理根据需要进行更细粒度的业务划分以降低业务单元自身的复杂性提高硬件利用率()开发架构应符合敏捷性要求功能模块之间应高内聚低耦合以解决单体架构动态扩展与快速迭代能力不足的问题()开发技术栈可以 体系为主同时兼容其它技术栈以利团队的技术整合()功能模块之间应使用简单、通用的轻量化通信协议方便有效利用网络带宽跨平台跨语言进行数据传递()功能模块应可在虚拟容器中独立运行易于拆装、快速迭代与横向扩展并便于状态监控和运维管理 微服务开发架构简介微服务架构()最早由 于 年 月 大会的演讲中提出 后由 于 年通过网文“”得以知名 作为云原生技术基础这一先进的分布式开发框架理论得到广泛的重视并成为一种趋势 是目前微服务开发架构中的事实标准来源于 社区由 和 提供主要技术迭代 除自身一套完整的架构以外其开放性还可兼容众多工具集和多种开发语言云原生特性使其适合部署在 及 等云环境中 阿里云等国内云服务提供商已在大力推广其云原生生态使这一开发技术在未来有更好的发展 微服务可独立运行架构特性使其具有极低耦合性可快速迭代与横向扩展非常适合 系统的开发 平台核心架构设计 微服务整体架构如图 所示平台基础服务架构由微服务注册中心、配置中心、网关集群、微服务监控中心、消息队列中间件等组成 微服务框架的一大特点是其组件自身也是微服务整个基础框架可使用虚拟化容器技术在云环境中分布式自动化部署 平台通过微服务注册与配置中心对各微服进行统一管理 业务模块只需符合微服务的设计规范即可快速整合到 平台中 一个微服务的迭代、开发、部署、运维等活动不影响整个系统的使用可方便进行功能扩展与性能缩放图 微服务核心架构.微服务的构建传统校园信息系统的主要问题在于单体业务的不易拆分业务模块间的数据共享与业务联动困难而微服务架构下更细粒度的服务划分能力和基于 架构的服务间简单通信方式是解决这类问题的有效手段.架构基础实现微服务架构是一种实现 的最新技术方法整个系统围绕 架构展开 为保证 风格的实现需在 项目中创建公共 子项目其主要作用是定义 中所有业务微服务之间的访问接口标准与传输类该类只定义接口标准以方便微服务之间的互相调用与数据传递 该项目需要根据所使用的微服务建立相应的 类和对应的业务接口以下是为 中迎新业务模块微服务所定义接口的部分关键代码:.()/增加迎新工作 ()/根据迎新编号获取迎新信息 ()/迎新信息列表/其他接口略公共 项目建立后即可直接在各微服务的提供者与微服务消费者之间引入该模块以方便互访.后端微服务的建立迎新微服务实现的主要步骤如下:在 父项目中建立迎新模块子项目且在 父项目中增加 框架依赖配置根据需要为微服务配置独立使用的数据库、数据连接池等在迎新微服务子项目的.中加入以上公共 依赖、框架依赖等在.配置文件中定义数据源的相关属性重点在于配置该微服务的访问端口号之后便可建立持久化对象与该项目的数据访问对象接口定义业务层接口子类以实现具体的业务功能定义核心功能的 控制类在定义该项目的程序启动类后即完成该微服务的构建 其他业务微服务依此构建 以下是迎新微服务 控制类的部分关键代码:./部分 框架标准包导入略./注入迎新业务(/)().()/增加迎新信息(/)().()/查询迎新信息(/)().().前端微服务的建立前端微服务项目设计时除引入 相关依赖之外还需引入 公共接口包可使用 类进行数据传递 通过定义一个配置类控制器 对象来实现 端对服务端的 调用 部分关键代码如下:./部分 框架标准包导入略./定义迎新微服务控制器类 :/.:/:/.:/:/.:/注入 对象 (/)().(.)(/)().(/.)(/)/传输 对象 ().(.)以上代码使用拼接式路径访问远程接口实际开发中使用基于 的 技术可将远程 服务映射为远程接口消费端可以通过接口形式实现远程访问从而进一步使代码结构清晰简约并可充分利用 的负载均衡功能.子系统的统一管理.微服务的统一管理 系统是一个业务功能高度集成的信息系统包含众多微服务其核心要求就是功能模块能高度整合实现统一管理和相互通讯 为方便大量微服务互相调用提高整合效率需在项目中通过 的 服务组件构建注册中心微服务为 系统中的所有微服务统一提供注册、发现等管理服务 微服务启动时会将自己的网络地址等信息注册到注册中心 服务的消费者可以从中心查询服务的相关信息并调用服务提供者的接口这一服务是整个系统架构的核心关键所在 在各个微服务的.中使用.配置项完善相关注册信息方便各个微服务通过注册中心得到完整的服务信息从而实现互相调用在服务中启用发现管理功能可实现对服务状态进行监听对无用的微服务进行清除等操作同时引入 安全配置功能以保证注册中心的安全.微服务配置的统一管理对于单体或者简单微服务应用配置.文件中相应内容通过 项切换环境即可有效更新服务配置 但对于 这类多微服务应用则需依据环境配置进行不同的配置使其具有运行时动态调整能力并根据负载情况动态调整数据源连接池大小及熔断阈值以提高系统性能并防止雪崩现象 实现动态更新功能需要使用配置管理组件 构造微服务来为其它微服务提供统一配置管理服务 可将其在注册中心注册并修改配置客户端微服务的.通过将多个配置微服务注册到 中即可实现其高可用性.系统微服务负载均衡的设计负载均衡能力是分布式微服务系统的另一重要核心功能 这种大型分布式系统的业务量会随时间、场景的变化而发生较大变化 如在学期始末相关业务系统负载会短时间内剧增为提高整个系统的高性能与高可用性负载均衡应从基础架构层面出发在软件设计阶段给予充分考虑 微服务架构支持主流的负载均衡算法如轮询算法、最小连接数算法等 不同于传统方式微服务架构通过注册中心维护微服务清单并配合应用 来实现基于客户端的负载均衡能力.注册中心的负载均衡与高可用性注册中心是整个 分布式微服务系统的枢纽可通过引入 机制应保证实现其负载均衡能力 注册中心负责全部微服务的发现与管理在生产环境中应保证其部署环境中 分布在两台以上的可靠物理主机而非同一物理主机的虚拟运算单元上来保证 机制实现的有效性 其本身也是微服务要实现 机制需要修改 项目的.追加打包相关插件通过 生成 包部署不同的 配置来运行不同的 服务副本副本之间互相注册以实现高可用性与负载均衡 为此需要对 项目的.配置文件中设置多个 配置项来支持 机制 后端微服务在云计算环境的支持下通过相对简单的编程动态生成更多副本由此提供可横向扩展的负载均衡能力.客户端负载均衡客户端负载均衡是微服务架构的重要特性和优势新生入学时 平台中的迎新微服务模块会处于高并发状态可在客户端微服务添加 的 组件依赖在 配置类中追加 注解来整合 的负载均衡功能以满足性能需求 在 配合下 可自动从注册中心微服务取得服务提供者地址列表通过微服务名称结合其内置的负载均衡规则或通过自定义方式委派一个服务提供者实例供客户端使用这些服务端微服务可通过多个微服务副本提高并发性能 客户端负载均衡由客户微服务发起相较于服务器端负载均衡模式具有更好的扩展性与性能 结 语 系统是校园信息系统的高度整合在云计算环境下这种功能模块相对独立又需要高度集成的应用场景非常适合使用具有云原生特性的微服务架构构建 通过对当前高校信息化系统集成中的难点进行分析指出校园信息系统中存在的问题提出以微服务架构构建校园 系统的一般性原则以及部分核心架构的设计与实现方法 其中以迎新微服务为例重点论述微服务的建立过程并对微服务的统一管理、微服务系统负载均衡等的设计实现与部署进行了论述参考文献:方志朋.深入理解 与微服务构建.北京:人民邮电出版社:.邹伟.基于微服务架构的数字校园平台改造及持续集成.云南师范大学学报(自然科学版)():.桂俊沈迎春.基于微服务架构的企业 设计与应用.计算机系统应用():.鲍里斯肖勒特伦特斯旺森.云原生:运用容器、函数计算和数据构建下一代应用.北京:机械工业出版社:.崔海涛章程丁翔等.面向微服务架构的开发组织适应性评估框架.软件学报():./.().:/./.林峰.基于容器的云原生 平台实践研究.价值工程():.胡弦.微服务架构实战派.北京:电子工业出版社:.克里斯理查森.微服务架构设计模式.北京:机械工业出版社:.刘辉军刘培锋邱钰锋等.基于开源框架及容器技术的微服务架构研究.电力信息与通信技术():.黄强文曾丹.基于 和 的分布式微服务架构设计.微型电脑应用():.李兴华.微服务架构实战:.北京:清华大学出版社:.杨恩雄.疯狂 微服务架构实战.北京:电子工业出版社:.施凌鹏朱征周俊松等.面向微服务架构的云系统负载均衡机制.计算机工程():.冯志勇徐砚伟薛霄等.微服务技术发展的现状与展望.计算机研究与发展():.(下转第 页).:.():./.:.():.董旭晟赵瑞正孙彬等.的表面改性及其在碱金属离子电池中应用的研究进展.功能材料():.():.刘瑞.基复合材料的制备及电容性能研究.青岛:青岛大学:.程培栋陈卫华艾云龙等.新型二维层状材料 在超级电容器上的研究与应用进展.功能材料():.():.仝凯旋.基于 和 纳米空腔材料电化学传感器的构建及应用研究.保定:河北大学:.于兰泳.新型二维材料 在超级电容器中的应用研究.北京:北京化工大学:.:.().:.()(.).:(责任编辑:任敏)(上接第 页):.().:(责任编辑:任敏)