邵毅 陳春 彭華

關(guān)鍵詞：SpringCloud微服務(wù)；SpringBoot框架；山羊孕測

隨著社會對軟件系統(tǒng)的需求逐漸擴(kuò)增，增加對事物多樣化以及提高便捷的管理方式，許多企業(yè)開放自身部分產(chǎn)品線獨立出來允許開發(fā)者的調(diào)用或維護(hù)工作之中，使得軟件開發(fā)效率的提升、軟件開發(fā)生態(tài)不斷完善。

對孕山羊管理方面，項目組在畢節(jié)威寧山羊養(yǎng)殖場（艾家坪、盧虹養(yǎng)殖場）調(diào)研，了解到養(yǎng)殖場山羊信息管理相對落后，對孕山羊的管理更是處于人工管理的粗放模式，這增加了山羊養(yǎng)殖員工作的社會勞動必要時間。在數(shù)量大的山羊群管理上，對山羊的懷孕信息的人工管理顯而易見不是完好解決方案。如今軟件開發(fā)生態(tài)的不斷完善，提高了各項業(yè)務(wù)功能的開發(fā)與整合，更多精細(xì)化程度的管理與流程化。鑒于以上情況，本文提出設(shè)計并實現(xiàn)一款基于SpringCloud的微服務(wù)山羊孕測管理系統(tǒng)，以保證對養(yǎng)殖場山羊群的孕山羊的數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行分析和管理，從而改變養(yǎng)殖場孕山羊信息的人工管理的粗放的狀態(tài)，技術(shù)上增加一體化DevOps自動化部署的方式，實現(xiàn)保證系統(tǒng)的穩(wěn)健與可動態(tài)升級維護(hù)性。

1 山羊孕測管理信息化管理概況

項目組調(diào)研5家以上畢節(jié)威寧養(yǎng)殖場，了解它們目前只能靠人工方式對孕山羊的數(shù)量、種類、體溫、位置和事件記錄進(jìn)行粗放管理，無法便捷地將以往至現(xiàn)在的數(shù)據(jù)進(jìn)行查找與分析，更不用說實現(xiàn)孕羊信息的智能化的報警和輔助決策。通過文獻(xiàn)查閱，項目組發(fā)現(xiàn)畜牧業(yè)已開展了不少信息化管理模式的創(chuàng)新。項目組通過專家訪談等方式，針對試驗地養(yǎng)殖場孕山羊的實際情況，整理試驗地孕山羊管理的業(yè)務(wù)流程，以實現(xiàn)對孕羊關(guān)鍵數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集和信息管理、智能報警為目的，根據(jù)孕山羊重要指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)整體設(shè)計。本系統(tǒng)利用的技術(shù)知識領(lǐng)域有物聯(lián)網(wǎng)、信息管理、大屏數(shù)據(jù)展示等。最終改善養(yǎng)殖場孕山羊粗放的人工管理，實現(xiàn)孕山羊的智慧養(yǎng)殖和管理。

2 SpringCloud的微服務(wù)山羊孕測管理系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)計并實現(xiàn)基于SpringCloud的微服務(wù)山羊孕測管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用服務(wù)器與瀏覽器（Server/Browser） 模式開發(fā)方式[1]，通過maven對第三方j(luò)ar包版本引入進(jìn)行管理，將后端業(yè)務(wù)模塊化后，開發(fā)出權(quán)限管理、山羊管理、大屏管理、文件管理、監(jiān)控管理5個微服務(wù)功能模塊與一個前端UI，各個模塊之間通過Feign遠(yuǎn)程調(diào)用，在前端UI訪問接口時候經(jīng)過Spring?CloudGatway網(wǎng)關(guān)中心處理與Oauth2進(jìn)行路由管理與授權(quán)認(rèn)證。前端采用Vuejs技術(shù)[2]配合ArcoDesign（字節(jié)跳動出品）企業(yè)級設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行編程實現(xiàn)調(diào)用后端接口，后端采用SpringBoot 編程實現(xiàn)接口的開發(fā)，因考慮高并發(fā)情況，將內(nèi)置的Tomcat 移除替換為Un?dertow。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用開源MySQL8.0.12利用MyBatisPlus的無侵入、損耗小特性一定程度保護(hù)操作各個模塊數(shù)據(jù)的增刪改查的安全性特點，通過MyBatisPlus對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫操作[3]。使用騰訊開源的服務(wù)治理平臺北極星（簡稱Polar?isMesh） 將所有業(yè)務(wù)模塊注冊到Po?larisMesh注冊中心中統(tǒng)一進(jìn)行服務(wù)的發(fā)現(xiàn)管理，并對單個微服務(wù)模塊進(jìn)行版本標(biāo)識，通過請求頭標(biāo)識版本進(jìn)行版本訪問限流負(fù)載均衡等管理。將可變配置數(shù)據(jù)放到Polaris?Mesh的配置管理功能進(jìn)行管理在業(yè)務(wù)模塊可動態(tài)加載配置內(nèi)容變更。部署方案中使用DevOps 自動化的部署，使用KubeSphere構(gòu)建的面向云原生應(yīng)用的分布式操作系統(tǒng)，可管理Kubernetes 與內(nèi)置的DevOps（Development和Operations的組合詞，是一組過程、方法與系統(tǒng)的統(tǒng)稱）進(jìn)行自動化開發(fā)與部署[4]，在KubeSphere 中監(jiān)聽Git倉庫的代碼提交后觸發(fā)DevOps進(jìn)行CI/CD（CI持續(xù)集成、CD持續(xù)交付）代碼拉取、測試、構(gòu)建和部署直至生產(chǎn)階段。管理者可通過各類瀏覽器訪問山羊孕測管理系統(tǒng)UI與后端所提供的功能進(jìn)行交互，同時接入SpringBootAdmin在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中查看各個微服務(wù)模塊的運行情況。如圖1所示。

2.1 SpringBoot 框架

當(dāng)前使用Java進(jìn)行Web開發(fā)大部分采用Spring框架進(jìn)行開發(fā)，由于起初Spring+SpirngMVC+MyBatis方案開發(fā)導(dǎo)致需要大量的配置，因此為了簡化開發(fā)，山羊孕測管理系統(tǒng)選擇Spring旗下發(fā)出SpringBoot框架自動裝配，減少配置文件的建立，帶來極大方便是對各類生態(tài)組件的接入便捷，更加便于開發(fā)者專注在業(yè)務(wù)功能開發(fā)和功能的調(diào)試。

2.2 SpringCloud 微服務(wù)

微服務(wù)中每個業(yè)務(wù)模塊都有一個清楚的功能邊界，通常說微服務(wù)是一種架構(gòu)模式或風(fēng)格。每個服務(wù)都緊扣一個大業(yè)務(wù)主題來實施開發(fā)，每個服務(wù)都能夠單獨地部署安排到生產(chǎn)的實際環(huán)境，通過Gateway網(wǎng)關(guān)來統(tǒng)一管理接口的暴露。微服務(wù)可以選擇獨立部署方式和彈性的資源配置。每個子系統(tǒng)服務(wù)之間采用輕量的通信機(jī)制（HTTP） 互相溝通，進(jìn)行調(diào)用完成服務(wù)模塊間的通信[5]。本山羊孕測管理系統(tǒng)正是使用了SpringCloud微服務(wù)技術(shù)。

2.3 PolarisMesh 治理平臺

山羊孕測管理系統(tǒng)用到了PolarisMesh治理平臺，北極星（PolarisMesh治理平臺）是騰訊開源的服務(wù)治理平臺，內(nèi)部協(xié)同共建的新一代服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理平臺，已整合和替代L5 等名字服務(wù)和負(fù)載均衡系統(tǒng)。截至2021年底，超過90%的業(yè)務(wù)部門使用北極星，接入節(jié)點數(shù)量超過千萬。主要解決了分布式架構(gòu)、微服務(wù)架構(gòu)中的各項管理（服務(wù)、流量、配置、故障容錯和可觀測性等）的問題，針對不同的技術(shù)棧和環(huán)境提供服務(wù)治理的標(biāo)準(zhǔn)方案和最佳實踐。

3 基于SpringCloud的微服務(wù)山羊孕測管理系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)需求分析

基于調(diào)研分析，山羊孕測管理系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)包括5項“管理”（權(quán)限、山羊、文件、監(jiān)控、大屏）。1） 權(quán)限管理，可對用戶信息、權(quán)限、角色等進(jìn)行管理，主要涉及用戶登錄狀態(tài)、角色配置、登錄終端類型以及登錄狀態(tài)是否過期；2） 山羊管理，對山羊的各項數(shù)據(jù)如體溫、運動量、專家意見內(nèi)容、位置、名稱、編號、監(jiān)控視頻流以及事件記錄進(jìn)行管理；3） 文件管理，通過OSS存儲將所有以上傳媒體資源進(jìn)行單獨存放管理；4） 監(jiān)控管理，通過對服務(wù)、緩存等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控查看服務(wù)的狀態(tài)；5） 大屏管理，調(diào)用部分系統(tǒng)公共開放接口獲取到數(shù)據(jù)，統(tǒng)一展示到可視化大屏[6]。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫采用MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫建立高可用的集群數(shù)據(jù)庫并對每個服務(wù)模塊進(jìn)行建庫建表，所有主鍵均采用分布式ID生成，有效避免不同節(jié)點上數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)重復(fù)ID，為保障數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性，所有數(shù)據(jù)均采用邏輯刪除方式有效降低誤操作帶來數(shù)據(jù)不可逆。圖2為部分代表性的E-R建模關(guān)系圖。

3.2.1 權(quán)限管理微服務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

權(quán)限管理微服務(wù)中涉及的實體包括用戶、部門、角色、日志、終端和Token令牌以及用戶角色、角色權(quán)限關(guān)聯(lián)表，其中E-R建模關(guān)系見圖2（a） 所示。

3.2.2 山羊管理微服務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

山羊管理微服務(wù)中涉及的實體包括山羊、專家意見、事件記錄以及用戶的E-R建模關(guān)系見圖2（b） 所示。

3.2.3 文件管理微服務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

文件管理微服務(wù)僅使用單表存儲文件信息（信息主要包括：原文件名、創(chuàng)建時間、隨機(jī)文件名稱、文件格式、文件大?。?，這樣做的目的是便于各個微服務(wù)調(diào)用。

4 SpringCloud的微服務(wù)山羊孕測管理系統(tǒng)實現(xiàn)

本山羊孕測管理系統(tǒng)，在權(quán)限管理、山羊管理、文件系統(tǒng)、大屏管理、監(jiān)控管理都得到了實現(xiàn)，圖3為部分具有代表性的用例和系統(tǒng)實現(xiàn)UI圖。

4.1 權(quán)限管理實現(xiàn)

權(quán)限管理主要包含5項子管理（用戶、角色、部門、終端、令牌），如圖3（a） 所示。

1） 用戶管理：用戶實體的屬性主要有6種（名稱、角色、昵稱、性別、手機(jī)號、郵箱），可根據(jù)用戶實體的屬性新增以及修改已有的用戶信息，相關(guān)代表性代碼如下：

2） 角色管理：針對每個微服務(wù)模塊細(xì)粒度的功能進(jìn)行權(quán)限的分配是否具備新增、編輯、修改及刪除權(quán)限。實現(xiàn)效果如圖3（d） 所示。相關(guān)代表性代碼如下：

3） 部門管理：可進(jìn)行新增部門、修改已有的部門數(shù)據(jù)和邏輯刪除，針對每個用戶進(jìn)行用戶的劃分。

4） 終端管理：使用設(shè)計方式中策略模式開發(fā)，增加不同終端類型，如App、Web、小程序等進(jìn)行區(qū)分管理，控制終端設(shè)備是否支持密碼模式、刷新模式、授權(quán)碼模式、客戶端模式、移動端模式以及刷新時效以及令牌時效。終端每次請求經(jīng)過核心客戶端處理邏輯校驗后請求相應(yīng)資源接口，相關(guān)終端請求處理代碼如下：

5） 令牌管理：可查詢所有用戶登錄的令牌信息，其中包含Token值、終端類型、用戶名、過期時間，并可強(qiáng)制踢出用戶登錄。

4.2 山羊管理實現(xiàn)

山羊管理功能包括山羊基本信息管理、事件記錄管理、專家意見管理等。如圖3（b） 所示。

1） 山羊基本信息管理：針對每只山羊的編號、昵稱、性別、傳感器編號、監(jiān)控地址、運動量、體溫等信息進(jìn)行管理，可新增以及修改已有信息并，并通過Socket訂閱實時廣播數(shù)據(jù)變更通知[7]。

2） 事件記錄管理：對每只山羊每天由傳感器所得到關(guān)鍵的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并可自定義當(dāng)日的事件進(jìn)行人工錄入記錄以及刪除事件記錄。

3） 專家意見管理：專家可進(jìn)行每只山羊的情況進(jìn)行內(nèi)容的編寫、修改建議。

4.3 文件系統(tǒng)實現(xiàn)

文件系統(tǒng)針對各個微服務(wù)所上傳的媒體數(shù)據(jù)，進(jìn)行編號記錄文件原名、類型、大小、上傳時間等信息進(jìn)行管理，考慮到功能的單獨維護(hù)和擴(kuò)展，針對文件系統(tǒng)功能抽離獨立做成一個子系統(tǒng)，并集成AWS-S3（是Amazon提供一款對象級存儲）SDK包，兼容其他廠商OSS以及開源MinIO對象存儲系統(tǒng)，其關(guān)鍵上傳代碼如下：

4.4 大屏管理實現(xiàn)

通過Vuejs技術(shù)制作大屏顯示模板，通過Axios發(fā)起數(shù)據(jù)請求從已有各個微服務(wù)中獲取可公開數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到大屏顯示模板中。

4.5 監(jiān)控管理實現(xiàn)

監(jiān)控管理功能包括服務(wù)監(jiān)控、流量監(jiān)控、緩存監(jiān)控等。如圖3（c） 所示。

1） 服務(wù)監(jiān)控：將各個服務(wù)接入到Spring Boot Ad?min監(jiān)控功能中，進(jìn)行可視化的針對每個服務(wù)的Jvm、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)狀況、健康度、運行指標(biāo)、日志信息、線程狀況等一系列信息的實時查看。

2） 緩存監(jiān)控：通過集成Radis緩存提高系統(tǒng)的高速緩存能力[8]，并獲取Radis信息，將其進(jìn)行可視化展現(xiàn)出來查詢內(nèi)存的占用、key數(shù)量、已連接客戶等各項指標(biāo)。

3） 流量監(jiān)控：通過PolarisMesh流量管理對限流策略、鑒權(quán)策略、負(fù)載均衡策略等進(jìn)行統(tǒng)一管理。

5 結(jié)論

項目組設(shè)計與實現(xiàn)了一款基于SpringCloud微服務(wù)的山羊孕測管理系統(tǒng)，將各個功能劃分為5個服務(wù)管理模塊（權(quán)限、山羊、文件、監(jiān)控、大屏），并將每個模塊統(tǒng)一使用PolarisMesh治理平臺進(jìn)行注冊、發(fā)現(xiàn)、配置等管理，系統(tǒng)采用IDEA與VSCode工具進(jìn)行開發(fā)。有效地提高開發(fā)的便捷。通過KubeSphere的DevOps高效地提高了開發(fā)中部署測試到生成可用環(huán)境所需做的重復(fù)內(nèi)容。本系統(tǒng)能提高對孕山羊多方面數(shù)據(jù)的收集管理，降低養(yǎng)殖場人力與時間的成本，最終實現(xiàn)了孕山羊的信息化管理，助力智慧畜牧。