基于微服務(wù)的江蘇終身教育資源平臺構(gòu)建研究

王小軍+孫旭+李慧娟

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教育教學融合的不斷深入，通過對國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)資源平臺學習模式和運營模式的分析，體現(xiàn)了資源共享平臺在江蘇終身教育體系構(gòu)建中的重要性，利用云計算、大數(shù)據(jù)、微服務(wù)等技術(shù)，提出了江蘇終身教育資源平臺功能框架，并從六個層次，分別對資源平臺功能進行了詳細的闡述，為江蘇終身教育資源平臺的建設(shè)提供技術(shù)方案，并通過Spring Cloud開發(fā)框架驗證了方案的可行性。

關(guān)鍵詞：微服務(wù)；資源平臺；云計算；大數(shù)據(jù)

中圖分類號：TP39 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）01-0073-05

一、前言

在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的指引下，2010年，江蘇省政府啟動實施了“創(chuàng)建江蘇開放大學、加快構(gòu)建終身教育體系”這一國家教育體制改革試點項目，賦予了江蘇開放大學在構(gòu)建和完善江蘇省終身教育體系中的主體地位。江蘇開放大學的成立，使江蘇終身教育體系的構(gòu)建有了實體的依托和新型載體的支持。終身教育體系包括學校教育系統(tǒng)、企業(yè)教育系統(tǒng)對在職人員的培訓和以城鄉(xiāng)社區(qū)為單位的社會教育，其通過網(wǎng)絡(luò)等多種方式實現(xiàn)各類教育力量的互補，打破學習的時空限制，使學習者根據(jù)社會需要和自身條件不同選擇學習方式，從而促進教育結(jié)構(gòu)體系的終身化、網(wǎng)絡(luò)化、多樣化和社會化。[1][2]

優(yōu)質(zhì)的教育資源是終身教育的重要基礎(chǔ)，也是“互聯(lián)網(wǎng)+”時代在線教育的主要載體之一。文中教育資源是指用于終身教育的數(shù)字化資源，是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為載體，有國家、團體和個人混合提供，以推進教育公平和終身學習為宗旨，能夠激發(fā)并滿足支持者、教育者和學習者需要的優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源。優(yōu)質(zhì)教育資源既包括學習者使用的學習資料，也包括數(shù)字化的學習環(huán)境，如在線學習平臺和數(shù)字化資源平臺。[3][4]

近年來，數(shù)字化教學資源的建設(shè)取得了矚目的成果，但是優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)資源平臺成為制約教學資源共享的瓶頸。[5][6]目前國內(nèi)已經(jīng)建成數(shù)字化教學資源平臺主要有中國高等教育數(shù)字圖書館（CADLIS）、中國知識基礎(chǔ)設(shè)施工程（CNKI）、國家數(shù)字化學習資源中心（NERC）、中國高校課程網(wǎng)、高等學校儀器設(shè)備和優(yōu)質(zhì)資源共享系統(tǒng)、國家精品課程資源網(wǎng)。國外數(shù)字化教學資源平臺主要有美國SMETE電子圖書館、休斯頓大學的Connexions項目、澳大利亞教育和培訓機構(gòu)合作計劃（EdNA計劃）、加拿大國家互聯(lián)共享的學習資源庫EduSource項目、德國基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程實驗教學LearnNet項目。國內(nèi)數(shù)字化資源平臺主要由國家重點立項和投資，在政策和資金上予以保證，部分由企業(yè)出資建設(shè)，運營模式除國家精品課程資源網(wǎng)免費外，其他數(shù)字化資源平臺主要采用會員制或加盟制模式。國外數(shù)字化教學資源主要由國家政府和民間團體提供資金資助，科研機構(gòu)提供技術(shù)支持和服務(wù)，高校提供資源和素材，運營主要采用免費模式，為學習者提供終身學習所需要的資料和素材。

江蘇開放大學的建設(shè)不僅是教育改革的一項重要任務(wù)，也是江蘇省全面學習、終身學習的重大工程與創(chuàng)新舉措，目前迫切需要建設(shè)與江蘇開放大學目標和任務(wù)相吻合的江蘇終身教育資源平臺（以下簡稱資源平臺），支撐和完善自主學習服務(wù)體系，實踐學習者終身學習的需求，同時資源平臺應(yīng)符合江蘇省情實際、適應(yīng)時代需求，并具備開放性和共享性，學習者隨時隨地通過多種途徑可以獲得學習資源。但是目前資源平臺建設(shè)過程中，主要采用單體式應(yīng)用架構(gòu)開發(fā)模式，難以滿足終身教育學習者數(shù)量快速增長和資源平臺業(yè)務(wù)功能快速發(fā)展的需求，單體式應(yīng)用開發(fā)模式主要存在不支持持續(xù)開發(fā)和集成、業(yè)務(wù)功能修復和擴展上線周期長、平臺可靠性較低、對新技術(shù)和開放工具兼容性低等問題，期望借鑒微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)，在江蘇終身教育資源平臺的構(gòu)建過程中，整合學歷、非學歷、行業(yè)企業(yè)、社區(qū)教育各類數(shù)字化教育資源，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、統(tǒng)一資源平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源的統(tǒng)一管理。

二、資源平臺相關(guān)技術(shù)

1.云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)

云計算技術(shù)主要為客戶提供高可靠、高可用、規(guī)?？蓴U展的按需服務(wù)，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括云計算編程模型、虛擬化技術(shù)、海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)和海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。云計算技術(shù)主要包括四種服務(wù)模式、四種部署模式、五大核心特征。四種服務(wù)模式為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IAAS），可提供底層硬件資源（存儲服務(wù)、計算服務(wù)）的按需分配；平臺即服務(wù)（PAAS），將軟件平臺以服務(wù)的形式向開發(fā)者提供；軟件即服務(wù)（SAAS），將軟件以服務(wù)的形式通過網(wǎng)絡(luò)向最終用戶提供服務(wù)；功能即服務(wù)（Function as a Service，F(xiàn)AAS），由云計算提供商負責后端基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的維護，以服務(wù)的方式為開發(fā)者提供所需功能，例如數(shù)據(jù)庫、消息、加密以及身份驗證等，并可根據(jù)需求對服務(wù)容量進行縮放。四種部署方式為公有云、私有云、社區(qū)云、混合云。五大核心特征包括按需自助服務(wù)、泛在的網(wǎng)絡(luò)接入、資源池化、快速可伸縮性、可計費服務(wù)。[7][8]

大數(shù)據(jù)技術(shù)從系統(tǒng)工程方法的角度，可分解為4個階段，數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析。從層次角度，可分為3層，從下往上分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、計算層和應(yīng)用層，基礎(chǔ)設(shè)施層是利用云計算資源，以特定的服務(wù)級別協(xié)定SLA和不同細粒度，提供給上層系統(tǒng)。計算層，將數(shù)據(jù)集成、管理和編程模型封裝在云計算資源中的中間件。應(yīng)用層利用提供的接口，實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、分析等功能。同時大數(shù)據(jù)技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)生命周期管理、數(shù)據(jù)隱私和安全等方面還存在著較多的挑戰(zhàn)。[9][10]

2.微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)

傳統(tǒng)的單體式應(yīng)用在復雜核心業(yè)務(wù)中，存在代碼量大、業(yè)務(wù)邏輯復雜、開發(fā)周期長、測試難度大、系統(tǒng)可靠性低等問題，給敏捷開發(fā)和集成部署帶來較大挑戰(zhàn)。為此，Amazon、eBay、Facebook、阿里等互聯(lián)網(wǎng)公司，采用微服務(wù)架構(gòu)模式，將復雜的單體式應(yīng)用分解為一系列功能細粒度、分布式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的服務(wù)組件，如亞馬遜產(chǎn)品展示頁面，由11個微服務(wù)組件構(gòu)成。微服務(wù)架構(gòu)如圖1所示，用戶客戶端和服務(wù)器端之間通信采用Restful API輕量級的Http通信機制，訪問請求通過API Gateway進行轉(zhuǎn)發(fā)，微服務(wù)內(nèi)部之間通信采用基于Http協(xié)議的同步機制和基于消息隊列的異步消息處理機制，同時提供微服務(wù)的注冊、發(fā)現(xiàn)、負載均衡、監(jiān)控機制、配置和容錯功能，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、鍵值型數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。常見的微服務(wù)框架有Netflix的Karyon/Ribbon、Spring的Spring Boot/Cloud、阿里的Dubbo等。endprint

應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)后，為了保證服務(wù)的可用性，需要提供微服務(wù)的容錯機制，常用的微服務(wù)容錯模式包括，電路熔斷器模式（Circuit Breaker Patten）、艙壁隔離模式（Bulkhead Isolation Pattern）、限流（Rate Limiting）、回退（Fallback）。

微服務(wù)架構(gòu)優(yōu)點顯而易見，服務(wù)功能內(nèi)聚，開發(fā)效率高，支持敏捷開發(fā)和持續(xù)部署，服務(wù)可在橫向和縱向進行輕易擴展，可提高系統(tǒng)整體容錯性。同時微服務(wù)架構(gòu)也面臨著如下缺點，開發(fā)人員需要設(shè)計服務(wù)之間的通信機制，處理分布式系統(tǒng)的復雜性，提高服務(wù)管理的復雜性，因此實施微服務(wù)架構(gòu)的時機選擇也十分重要。

三、資源平臺建設(shè)

江蘇終身教育資源平臺的建設(shè)思路是充分利用主流的混合云架構(gòu)、聚集行業(yè)企業(yè)各類資源，聯(lián)通現(xiàn)有各層次資源平臺，對接“江蘇省學分銀行”系統(tǒng)，服務(wù)多類型用戶，建設(shè)與江蘇開放大學目標和任務(wù)相吻合的江蘇終身教育資源平臺，為終身教育學習者提供優(yōu)質(zhì)的在線學習資源服務(wù)。

江蘇終身教育資源平臺功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，借助云計算、大數(shù)據(jù)分析和微服務(wù)技術(shù)，從功能層次角度分為六層，自下而上分別為，云資源層、中間件層、微服務(wù)層、應(yīng)用層、領(lǐng)域?qū)?、用戶層?/p>

云資源層采用混合云的設(shè)計，可以根據(jù)實際需要對接國內(nèi)外一線云服務(wù)提供商的公有云資源，如阿里云、百度云、騰訊云、Amazon云和微軟云，按需彈性購買計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等云資源，同時也支持基于VMware、KVM、Xen、OpenStack技術(shù)的私有云資源，并可以依托虛擬化技術(shù)實現(xiàn)云資源的快速遷移和切換。

中間件層是資源平臺的基礎(chǔ)，包括核心中間件、開發(fā)部署和運維管理三個部分，其中核心中間件由數(shù)據(jù)庫中間件、緩存中間件、消息中間件、應(yīng)用發(fā)布中間件組成，資源平臺根據(jù)業(yè)務(wù)需求核心功能優(yōu)先采用Oracle數(shù)據(jù)庫，部分功能可以采用Mysql等其他數(shù)據(jù)庫，緩存中間件，主要對查詢和讀數(shù)據(jù)進行加速，可以選擇分布式緩存軟件如Redis。消息中間件可以提供同步發(fā)送和異步發(fā)送消息的模式，并根據(jù)不同的微服務(wù)應(yīng)用場景和對消息機制的需求，選用不同模式的消息中間件。應(yīng)用發(fā)布中間件，針對Java可采用ApacheTomcat開源方案或者OracleWeblogic商業(yè)方案。資源平臺功能迭代更新是常態(tài)，開發(fā)部署中間件，可以通過成熟的產(chǎn)品和工具，完成資源平臺代碼的持續(xù)集成、環(huán)境的持續(xù)部署、功能的持續(xù)交付，相關(guān)自動化工具如Amazon Web Services （AWS），CRP持續(xù)交付平臺。運維管理中間件既是系統(tǒng)監(jiān)控運維的核心模塊，也是大數(shù)據(jù)分析重要數(shù)據(jù)采集的模塊，在運維能力足夠的前提下，可以選擇開源的分布式日志采集方案，如FacebookScribe、ApacheChukwa、LinkedInKafka、ClouderaFlume。

微服務(wù)層是資源平臺業(yè)務(wù)邏輯的核心層，通過RestfulAPI接口提供各類服務(wù)，通常微服務(wù)以集群方式部署在云計算資源中的虛擬機或者容器中，微服務(wù)的調(diào)度和容錯功能統(tǒng)一集中到微服務(wù)層的APIGateway集群，如SpringCloud微服務(wù)框架利用Eureka組件實現(xiàn)服務(wù)的注冊和發(fā)現(xiàn)、Config Server實現(xiàn)服務(wù)的分布式配置、Zuul組件實現(xiàn)API Gateway功能，可根據(jù)路由策略轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)請求、Ribbon組件實現(xiàn)微服務(wù)多個實例之間負載均衡功能，F(xiàn)eign是微服務(wù)客戶端，Hystrix實現(xiàn)服務(wù)監(jiān)控和斷路器功能，Turbine實現(xiàn)對每個微服務(wù)實例監(jiān)控的聚合，Graphite做性能監(jiān)控，其核心組件示意圖如圖3所示。

微服務(wù)層根據(jù)資源平臺的功能定位，可以分為系統(tǒng)服務(wù)區(qū)、資源服務(wù)區(qū)、第三方應(yīng)用服務(wù)區(qū)、大數(shù)據(jù)服務(wù)區(qū)四個微服務(wù)區(qū)。系統(tǒng)服務(wù)區(qū)主要提供身份認證、用戶管理、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理服務(wù)，身份認證服務(wù)打通云服務(wù)提供商（如百度、騰訊）和江蘇終身教育資源平臺用戶之間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源平臺用戶和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品用戶（如百度文庫、淘寶大學的注冊用戶）之間的轉(zhuǎn)化，發(fā)揮雙方行業(yè)特色優(yōu)勢，可在江蘇有條件的市縣先行先試，共同開拓江蘇的終身教育市場，身份認證服務(wù)需支持Cas、Oauth、Openid、Saml等通用身份認證功能，支持微信、微博、QQ等第三方交互工具的授權(quán)認證，其訪問形式如http：//res.jsou.cn：10000/system/oauth/authentication？username=jsou。數(shù)據(jù)采集提供系統(tǒng)相關(guān)的各類數(shù)據(jù)源的收集、篩選、格式化、壓縮，為數(shù)據(jù)存儲服務(wù)提供內(nèi)部服務(wù)之間的數(shù)據(jù)傳遞，數(shù)據(jù)管理服務(wù)主要是數(shù)據(jù)的添加和刪除，將采集數(shù)據(jù)進行存儲，根據(jù)數(shù)據(jù)容量和類型，分別存儲到不同的分布式數(shù)據(jù)存儲中，可支持塊存儲、文件存儲、對象存儲等存儲類型。用戶管理服務(wù)是負責提供資源平臺用戶注冊、審核、鎖定、導入、導出等服務(wù)。

資源服務(wù)區(qū)是微服務(wù)層的業(yè)務(wù)核心區(qū)，主要提供資源相關(guān)的服務(wù)，如資源管理類服務(wù)（上傳、轉(zhuǎn)碼、發(fā)布、分類、標簽、加密）、資源操作類服務(wù)（查詢、播放、引用、下載、分享）、資源統(tǒng)計類服務(wù)（訪問記錄、收藏，評價）、資源推薦類服務(wù)（根據(jù)用戶推薦、根據(jù)資源推薦）。為了更好地描述資源平臺的服務(wù)功能，接下來將選擇相關(guān)重點資源服務(wù)功能進行描述。資源上傳服務(wù)，可支持客戶端上傳和瀏覽器插件上傳方式，同時支持斷點續(xù)傳功能，為了更好的用戶體驗，尤其視頻資源的上次速率不小于2MB/s，需要云服務(wù)提供商在省內(nèi)有功能完備、支持多運營商的CDN節(jié)點。資源轉(zhuǎn)碼服務(wù)主要是視頻資源轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)碼效率不低于10MB/s，支持多碼流、多終端視頻輸出，自動完成視頻的切片、轉(zhuǎn)碼、水印、加密、合并、CDN分發(fā)等業(yè)務(wù)流程，因此需要在資源轉(zhuǎn)碼服務(wù)中根據(jù)資源的類型調(diào)用云端視頻轉(zhuǎn)碼服務(wù)，利用云端大規(guī)模專業(yè)視頻轉(zhuǎn)碼集群支撐資源平臺視頻資源轉(zhuǎn)碼服務(wù)，如百度云、阿里云、七牛云、Amazon Elastic Transcoder等。資源標簽服務(wù)，用戶可以調(diào)用該服務(wù)為視頻、文本等資源選擇或者自定義合適的標簽，為個性化資源對接積累數(shù)據(jù)樣本。資源加密服務(wù)，可根據(jù)資源的版權(quán)和用戶需求，在資源轉(zhuǎn)碼過程中，對資源進行加密，只有授權(quán)用戶可用訪問資源，防止下載和盜鏈，有效保護資源的知識產(chǎn)權(quán)。資源查詢服務(wù)可以根據(jù)資源名稱、標簽、大小、分類、標識碼等信息，查詢結(jié)果以XML方式返回資源列表給用戶。資源引用服務(wù)，提供給上層應(yīng)用使用資源，支持松耦合URL地址推送和嵌入式緊耦合鏈接兩種方式，資源使用者根據(jù)使用場景自主決策資源的引用方式。資源播放服務(wù)，采用嵌入式播放器模式，視頻資源支持普通、標清、高清切換。資源推薦服務(wù)，根據(jù)推薦服務(wù)使用對象的不同，分為基于資源的推薦和基于用戶的推薦，如給用戶推薦資源，其推薦服務(wù)的訪問形式如：http：//res.jsou.cn：10000/resource/user/recommend？username=user1，根據(jù)用戶個性化需求，返回用戶感興趣的資源列表。endprint