溫曉麗+蘇浩偉+陳歡+鄒大畢

摘要：基于微服務架構(gòu)而構(gòu)建的應用系統(tǒng)是將復雜的大系統(tǒng)分解成了一系列小的單獨的子服務系統(tǒng)，這些子服務系統(tǒng)可以單獨部署發(fā)布，也可以組合成一個應用發(fā)布。伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應用的快速發(fā)展，相應的服務系統(tǒng)更新迭代頻繁，采用微服務架構(gòu)之后的系統(tǒng)可以很好地適應移動互聯(lián)網(wǎng)這種需求不斷迭代更新的應用場景。城市一卡通手機充值系統(tǒng)是城市一卡通公司在移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用服務系統(tǒng)，同樣地面臨著業(yè)務不斷快速迭代更新的需求，基于此，進行城市一卡通手機充值支撐系統(tǒng)的構(gòu)建過程中采用了基于SpringBoot微服務架構(gòu)的研究是必要和有參考意義的。

關(guān)鍵詞：交通信息化：手機充值；體系架構(gòu)；微服務

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2017.9.014

引言

隨著時代的發(fā)展，在信息系統(tǒng)建設方面，傳統(tǒng)IT架構(gòu)面臨著以下一些問題：

1）使用傳統(tǒng)的整體式架構(gòu)（M。n olithicArchitecture）應用開發(fā)系統(tǒng)，如CRM、ERP等大型應用，隨著新需求的不斷增加，企業(yè)更新和修復大型整體式應用變得越來越困難。在系統(tǒng)更新時，往往牽一發(fā)而動全身，稍有不慎就可能帶來大的損失。

2）隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)被迫將其應用遷移至現(xiàn)代化UI界面架構(gòu)以便能兼容移動設備，這要求企業(yè)能實現(xiàn)應用功能的快速上線，而傳統(tǒng)IT架構(gòu)在系統(tǒng)快速迭代更新方面難度較大。

3）隨著應用云化的日益普及，生于云端的應用具有與傳統(tǒng)IT不同的技術(shù)基因和開發(fā)運維模式，此時再生搬硬套傳統(tǒng)IT架構(gòu)往往會產(chǎn)生適得其反的效果。

4）移動互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展，云計算及互聯(lián)網(wǎng)公司大量開源輕量級技術(shù)不停涌現(xiàn)并日漸成熟，主要為如下幾方面：互聯(lián)網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)/網(wǎng)絡更加成熟，輕量級運行時技術(shù)的出現(xiàn)（node.js等），新的方法與工具（Agile、DevOps、TDD、CI及XP），新的輕量級協(xié)議（RESTful API接口和輕量級消息機制），簡化的基礎設施，操作系統(tǒng)虛擬化（hypervisors）、容器化（Docker）、基礎設施即服務（laaS）、工作負載虛擬化（Kubernetes、Spark）等；服務平臺化（PaaS），云服務平臺上具有自動縮放、工作負載管理、SLA管理、消息機制、緩存、構(gòu)建管理等各種按需使用的服務，新的可替代數(shù)據(jù)持久化模型：如NoSQL、MapReduce、BASE、CQRS等，標準化代碼管理等。

這一切都催生了新的架構(gòu)設計風格，即微服務架構(gòu)的出現(xiàn)。

1 微服務架構(gòu)概述

微服務是一種架構(gòu)風格，一個大型復雜軟件應用由一個或多個微服務組成。系統(tǒng)中的各個微服務可被獨立部署，各個微服務之間是松耦合的。每個微服務僅關(guān)注于完成一件任務并很好地完成該任務。在所有情況下，每個任務代表著一個小的業(yè)務能力。

微服務具備彈性和伸縮性。微服務不只依賴單個服務器和部署，它們可以被發(fā)布到多個機器上，或者多個數(shù)據(jù)中心及其它任何可用的區(qū)域。如果一個服務失效，可以啟動另外一個。因為整個應用被分解成了微服務（小型服務），可以很容易地對其中某些熱門的服務進行橫向擴展。

微服務一般會提供基于HTTP/JSON的API端點。這樣可以很容易地與其它服務（開源或閉源的）集成，只要這些服務提供了HTTP/JSON接口。服務可以通過更有意義的方式被消費、被組合。

1.1 與整體架構(gòu)的比較

整體架構(gòu)把所有功能都放到一個進程中，如圖1所示，其中每個形狀塊代表一個功能；而微服務架構(gòu)會將不同的功能放置到分離的多個服務進程中，如圖2所示。

在系統(tǒng)服務能力需要擴展時，采用整體架構(gòu)的系統(tǒng)只能復制整個系統(tǒng)到多個服務器上，如圖3所示：而采用微服務架構(gòu)的系統(tǒng)則僅根據(jù)不同服務的服務負載能力需求來決定復制到多少個服務器上，如圖4所示。

1.2 微服務架構(gòu)的優(yōu)點

1）每個服務都比較簡單，只關(guān)注于一個業(yè)務功能；

2）微服務架構(gòu)方式是松耦合的，可以提供更高的靈活性；

3）微服務可通過最佳及最合適的不同的編程語言與工具進行開發(fā)，能夠做到有的放矢地解決針對性問題：

4）每個微服務可由不同團隊獨立開發(fā)，互不影響，加快推出市場的速度；

5）微服務架構(gòu)是持續(xù)交付（CD）的巨大推動力，允許在頻繁發(fā)布不同服務的同時保持系統(tǒng)其他部分的可用性和穩(wěn)定性。

1.3 微服務架構(gòu)的缺點

微服務的一些想法在實踐上是好的，但當整體實現(xiàn)時也會呈現(xiàn)出其復雜性，主要約束性體現(xiàn)在如下幾個方面：

1）運維開銷及成本增加：整體應用可能只需部署至一小片應用服務區(qū)集群，而微服務架構(gòu)可能變成需要構(gòu)建/測試部署、運行數(shù)十個獨立的服務，并可能需要支持多種語言和環(huán)境。

2）代碼重復：某些底層功能需要被多個服務所用，為了避免將“同步耦合引入到系統(tǒng)中”，有時需要向不同服務添加一些代碼，這就會導致代碼重復。

3）分布式系統(tǒng)的復雜性：作為一種分布式系統(tǒng)，微服務引入了復雜性和其他若干問題，例如網(wǎng)絡延遲、容錯性、消息序列化、不可靠的網(wǎng)絡、異步機制、版本化、差異化的工作負載等，開發(fā)人員需要考慮以上的分布式系統(tǒng)問題。

4）可測性的挑戰(zhàn)：在動態(tài)環(huán)境下服務間的交互會產(chǎn)生非常微妙的行為，難以可視化及全面測試。經(jīng)典微服務往往不太重視測試，更多的是通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境的異常，進而快速回滾或采取其他必要的行動。但對于特別在意風險規(guī)避監(jiān)管或投產(chǎn)環(huán)境錯誤會產(chǎn)生顯著影響的場景下需要特別注意。

1.4 哪些應用系統(tǒng)適用微服務架構(gòu)

1）記錄型系統(tǒng)（System of Record）適用微服務架構(gòu)，例如可將大型應用按相對獨立的業(yè)務功能分解成若干個微服務實現(xiàn)。endprint

2）交互型系統(tǒng)（System of Engagement）也較為適用微服務架構(gòu)，例如渠道應用可以應用“后端服務前端”的模式實現(xiàn)。

3）分析型系統(tǒng)（System of Insight）則不適用于微服務架構(gòu)，其適用于其他架構(gòu)模式如管道及過濾模式。

2 Spring Boot分析

2.1 Spring Boot概述

Spring Boot是Java領(lǐng)域中知名的微服務系統(tǒng)構(gòu)架框架，是由Pivotal團隊提供的。基于Spring Boot框架，Java應用程序的構(gòu)建簡單易行。該框架具有以下特點：

1）簡單的庫依賴管理，基于Maven配置文件，即可實現(xiàn)相關(guān)依賴庫的配置；

2）自動配置，框架自動負責了大部分常規(guī)的配置，開發(fā)者無需手工配置：

3）內(nèi)嵌支持Web服務，易于發(fā)布為單獨web服務。

2.2 Spring Boot優(yōu)點

正是由于上述特點，使得Spring Boot有以下優(yōu)點：

1）使編碼變簡單。借助框架提供的各種注解（Annotation），較少的編碼即可實現(xiàn)豐富的服務功能。比如基于JPA框架的數(shù)據(jù)庫訪問，僅需聲明一個接口及相關(guān)函數(shù)定義（無需編寫實現(xiàn)），即可在其他進行調(diào)用。

2）使配置變簡單。Spring有多種多樣的XMLConfig。Java Config或注解配置；而Boot僅需簡單的properties或yml文件配置。

3）使部署變簡單。Boot可以將程序打包成一個jar文件，一鍵啟動，無需預部署各種應用服務器。同時，它對運行環(huán)境的基本要求降低了，僅需JDK即可。

4）使監(jiān)控變簡單。通過Boot中的spring-boot-actuator庫即可實現(xiàn)對程序的監(jiān)控，可以通過http請求來查看其屬性配置、線程工作狀態(tài)、環(huán)境變量、JVM各種性能指標等。

由于微服務的目的在于化解整體架構(gòu)服務的復雜性，以簡單快速的方式實現(xiàn)各個服務的實現(xiàn)、部署和變更。因此，Spring Boot的上述特點正好服務微服務構(gòu)建需求，同時Spring Boot還提供了形式多樣的庫（以spring-boot-開頭） ，支持JPA、RESTFul、Docker等技術(shù)，更便于各種微服務的構(gòu)建。

3 微服務架構(gòu)在城市一卡通手機充值支撐系統(tǒng)中的應用

3.1 總體架構(gòu)

城市一卡通手機充值支撐系統(tǒng)是城市一卡通NFC手機充值的業(yè)務后端系統(tǒng)，其功能主要包括：

1）負責與前端系統(tǒng)對接，完成城市一卡通卡賬戶資金支付功能：

2）負責與前端系統(tǒng)對接，實現(xiàn)城市一卡通卡圈存充值功能：

3）負責與第三方支付系統(tǒng)對接，實現(xiàn)賬戶資金轉(zhuǎn)賬加值功能、賬單下載和對賬文件生成功能：

4）負責與客服受理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)用戶訂單管理等客服受理功能。

3.2 微服務應用

基于城市一卡通手機充值支撐系統(tǒng)的業(yè)務需求，其需要提供以下具體服務功能：

1）內(nèi)部服務功能：對接內(nèi)部聯(lián)機核心系統(tǒng)，提供城市一卡通卡充值金賬戶查詢、充值金賬戶操作（加值、凍結(jié)、解凍等）等功能：

2）基礎查詢服務：對外提供城市一卡通卡相關(guān)的查詢類服務：

3）充值金商品服務系統(tǒng)：主要負責城市一卡通卡充值金賬戶加值訂單相關(guān)服務功能，包括訂單創(chuàng)建、訂單查詢、訂單支付通知處理等：

4）訂單支付服務：對接第三方支付系統(tǒng)，負責第三方支付的訂單創(chuàng)建、支付通知處理等服務功能；

5）圈存服務系統(tǒng)：對接前端服務系統(tǒng)（或第三方合作商系統(tǒng)），提供城市一卡通卡圈存充值交互的相關(guān)功能，包括圈存訂單創(chuàng)建、圈存初始化、圈存以及圈存提交等功能；它還負責與圈存后臺交互，傳輸相關(guān)指令數(shù)據(jù)：

6）對賬服務：對接第三方支付系統(tǒng)，負責充值賬單的下載和對賬處理。

由此可見，上述功能相對獨立，適于引入微服務架構(gòu)。為此，我們設計了微服務架構(gòu)，每個微服務均開放出REST API供前端或者其他系統(tǒng)調(diào)用，微服務之間的交互也是通過REST API進行交互，其微服務架構(gòu)圖如圖5所示。

基于此微服務架構(gòu)設計，我們利用Spring Boot構(gòu)建了城市一卡通手機充值支撐系統(tǒng)的多個微服務系統(tǒng)，并成功在廣州羊城通的手機QQ NFC充值、手環(huán)充值等項目進行實踐，實踐結(jié)果是該微服務架構(gòu)是可行、有效的。

4 結(jié)論

本文首先介紹了微服務及架構(gòu)的發(fā)展背景以及其概念，并闡述了其特點及其適應場景。其次，介紹了Spring Boot相關(guān)知識和架構(gòu)特點，闡述其為什么是一個適于微服務系統(tǒng)開發(fā)的框架。最后介紹了如何利用微服務架構(gòu)開展城市一卡通手機充值支撐系統(tǒng)的設計和建設，充分利用了Spring Boot框架的優(yōu)點。

我們在微服務架構(gòu)實踐上，還處于初步階段，未來在進一步應用方面還有廣闊的發(fā)展空間，我們將在后續(xù)的系統(tǒng)演變過程中進一步深入優(yōu)化，以期構(gòu)建更加完善的城市一卡通手機充值服務系統(tǒng)。

參考文獻

[l]Lucas Krause.Microservices： Theory and Applicaton[J].Applicative.2016.

[2]Craig Walis.Spring Boot in Action[M]：Manning publications.2016.endprint