基于Spring Cloud的機場態(tài)勢系統(tǒng)微服務改造

糜小兵 孟獻軻

摘要：機場態(tài)勢系統(tǒng)伴隨其呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)主題越來越豐富而日趨復雜，這就對系統(tǒng)的可擴展性、敏捷性、容錯性等方面的能力提出了更高的要求，而傳統(tǒng)單體架構(gòu)已經(jīng)難以滿足上述要求。鑒于此，提出了基于Spring Cloud的微服務架構(gòu)設計方案，通過此方案改造后的機場態(tài)勢系統(tǒng)更易于敏捷開發(fā)、迅速迭代上線，更易實現(xiàn)對計算資源的彈性擴展，更易于功能擴展與集成而不受技術棧的限制。

關鍵詞：Spring Cloud;微服務改造;單體架構(gòu);微服務架構(gòu)

0? ? 引言

隨著機場態(tài)勢系統(tǒng)成為機場指揮控制的樞紐中心，其呈現(xiàn)的主題數(shù)據(jù)越來越豐富，系統(tǒng)日趨復雜，原單體架構(gòu)下的項目開發(fā)、測試、部署模式難以支撐其對系統(tǒng)的可擴展性、敏捷性以及容錯性等方面的能力要求。為滿足上述能力要求，對現(xiàn)有單體應用架構(gòu)進行調(diào)整勢在必行。本文提出了基于Spring Cloud框架實現(xiàn)機場態(tài)勢系統(tǒng)的微服務改造，改造后的機場態(tài)勢系統(tǒng)更易于敏捷開發(fā)，更易實現(xiàn)對計算資源的彈性擴展，更易于功能擴展與集成而不受技術棧的限制。

1? ? 關鍵技術介紹

1.1? ? 微服務

微服務架構(gòu)是采用服務集合的方式來構(gòu)建應用的架構(gòu)模式，各服務部署在不同的進程中，服務間的通信通過RPC、HTTP、REST等輕量級交互機制來進行，服務可獨立擴展伸縮，由于服務明確定義了自身的邊界，因此不同服務可以由不同團隊采用不同的編程語言來實現(xiàn)與維護[1]。微服務架構(gòu)由面向服務的架構(gòu)SOA發(fā)展而來，其核心理論基礎來自于康威定律[2]，于2014年3月由Martin Fowler在他的文章《Microservices》中首次提出。以網(wǎng)絡為中心面向服務化的微服務架構(gòu)與傳統(tǒng)的單體應用架構(gòu)相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為以下幾點：一是微服務架構(gòu)以“職責單一”為指導，將業(yè)務系統(tǒng)模塊組件化、服務化，服務化的模塊功能單一明確，邊界清晰，復雜度低，從而利于敏捷開發(fā)與快速部署;二是微服務架構(gòu)提升了容錯性，服務運行隔離，一個服務出了問題，不會影響其他微服務;三是微服務架構(gòu)允許技術團隊根據(jù)團隊成員技術棧與功能需求選擇不同的技術路線。

雖然微服務架構(gòu)是一種先進的架構(gòu)模式，但同時也帶來以下挑戰(zhàn)：一是運維要求高，運維工程師除了需要使用自動化技術部署微服務，還需要對整個微服務系統(tǒng)進行有效的監(jiān)控，并保障系統(tǒng)的高可靠性;二是微服務架構(gòu)的分布式復雜性，微服務架構(gòu)的每個服務可以部署在任意機器上，這樣部署的形態(tài)容易導致網(wǎng)絡延遲、系統(tǒng)容錯、分布式事務等問題，都會給微服務架構(gòu)帶來很大的挑戰(zhàn);三是服務間通信成本較高，每個服務在獨立的進程中運行，從客戶端訪問微服務需要跨進程來進行調(diào)用，顯然進程間的調(diào)用對其計算資源占用一定比進程內(nèi)的調(diào)用更高，通信成本的開銷不可避免更高[3]。

1.2? ? Spring Cloud

Spring Cloud是一個基于Spring Boot實現(xiàn)的微服務架構(gòu)開發(fā)工具，它為微服務架構(gòu)中涉及的配置管理、服務治理、斷路器、智能路由、微代理、控制總線、全局鎖、決策競選、分布式會話和集群狀態(tài)管理等操作提供了一種簡單的開發(fā)方式[4]。

Spring Cloud在集成封裝Netflix多個框架的基礎上進行擴展，因此除了Spring Cloud Netflix模塊外，Spring Cloud其他幾個重要的模塊如下：Spring Cloud Config模塊主要為分布式系統(tǒng)提供服務器和客戶端運行配置，通過靈活配置可以高效地管理集群中龐大的配置文件;Spring Cloud Sleuth模式是服務跟蹤框架，與Zipkin、Apache HTrace和ELK等這些數(shù)據(jù)分析、服務跟蹤系統(tǒng)整合后可以高效地解決服務跟蹤問題;Spring Cloud Stream模塊主要是用于構(gòu)建消息驅(qū)動的框架，在Spring Boot的基礎上通過整合Spring Integration來提供連接消息代理中間件的能力;Spring Cloud Bus通過連接RabbitMQ、Kafka等消息代理的集群消息總線提供聯(lián)通服務[5]。

2? ? 機場態(tài)勢系統(tǒng)微服務改造設計與實現(xiàn)

2.1? ? 改造策略

對于比較復雜的大型業(yè)務信息系統(tǒng)的改造，如果采取直接推翻舊系統(tǒng)、重新構(gòu)建微服務架構(gòu)的方案，顯然成本高且風險大。因此，應當采取漸進式重構(gòu)舊系統(tǒng)的改造策略，主要包括以下兩點：

策略一：微服務提取。對舊系統(tǒng)內(nèi)功能模塊邊界相對獨立的，提取改造為獨立的微服務，不斷將模塊轉(zhuǎn)化為微服務組件，舊系統(tǒng)就會不斷收縮，一旦足夠多的模塊轉(zhuǎn)化成服務組件，則舊系統(tǒng)或者徹底消失，或者縮小成為另一個微服務。

策略二：增量業(yè)務直接微服務化。對于舊系統(tǒng)新增業(yè)務功能不再延續(xù)單體架構(gòu)技術而是直接開發(fā)成為獨立的微服務[6]。

2.2? ? 微服務簡單模式設計與改造

基于上述改造策略，對機場態(tài)勢系統(tǒng)需要改造或新增業(yè)務進行微服務架構(gòu)設計，相對于傳統(tǒng)的單體架構(gòu)，微服務架構(gòu)一下子引入了太多的概念，而Spring Cloud的組件模塊多得讓開發(fā)者有點無可適從。基于上述情況，需要根據(jù)項目實際梳理清楚哪些組件是開發(fā)一個微服務架構(gòu)系統(tǒng)所必需的。通常微服務模式運行主要包括以下幾個關鍵點：一是微服務提供方將地址信息注冊到注冊中心，調(diào)用方將服務地址從注冊中心拉取下來;二是通過門戶后端（服務網(wǎng)關）將微服務API暴露給門戶和移動App;三是為防止服務故障引發(fā)級聯(lián)故障導致雪崩效應，需要容錯機制。

通過上述關鍵點可知微服務架構(gòu)必須具備注冊中心、服務發(fā)現(xiàn)、負載均衡、服務網(wǎng)關、服務容錯這五大組件。常見的服務注冊中心有Zookeeper、Eureka、Consul、Etcd等[7]，結(jié)合項目選擇Eureka。對于客戶端服務發(fā)現(xiàn)和負載均衡則有很多負載均衡算法，最簡單的負載均衡算法來自著名的Round Robin算法，即輪詢法[7]，其思想是將多個可用服務實例組織成一個循環(huán)隊列，然后根據(jù)實例順序輪流分派服務請求;另外還有加權輪詢法[8]、最小連接數(shù)法[9]等，結(jié)合Spring Cloud選擇Ribbon。對于服務網(wǎng)關選擇Spring Cloud Zuul，Zuul是Netflix基于Java開發(fā)的服務端API網(wǎng)關和負載均衡器。除此之外，Zuul還可以對過濾器進行動態(tài)的加載、編譯、運行。服務容錯選擇Hystrix，這是Netflix開源的一個工具類庫，可以為網(wǎng)絡請求設置超時，使用斷路器模式，用于隔離訪問遠程系統(tǒng)、服務或第三方庫，防止級聯(lián)失敗，從而提升系統(tǒng)的可用性和容錯性。

整個基于Spring Cloud的微服務架構(gòu)如圖1所示。

在改造策略和微服務架構(gòu)模式確定后，對原有機場態(tài)勢系統(tǒng)進行功能分析，對于業(yè)務相當獨立地進行微服務改造，通過對服務模塊最大限度地拆分，體現(xiàn)了微服務化的設計理念，大幅提高了系統(tǒng)部署靈活性、可擴展性和可維護性，保證了系統(tǒng)的健壯性[10-12]。

3? ? 結(jié)語

本文研究了機場態(tài)勢系統(tǒng)由傳統(tǒng)的單體應用架構(gòu)借助Spring Cloud進行微服務改造，大型復雜業(yè)務信息系統(tǒng)的服務化改造不是一蹴而就的，因此重點研究了復雜業(yè)務信息系統(tǒng)的微服務改造策略以及微服務的快速簡單實現(xiàn)方案，將機場態(tài)勢系統(tǒng)的功能進行抽取形成耦合度低、獨立部署的服務組件，這樣伴隨機場態(tài)勢系統(tǒng)的發(fā)展，不僅能夠快速響應，而且其支持高并發(fā)、高可用、可擴展的特性，也為業(yè)務發(fā)展提供了堅實基礎。

[參考文獻]

[1] 黃小鋒，張晶.微服務框架介紹與實現(xiàn)[J].電腦與信息技術，2016，24（6）：14-16.

[2] FOWLER M，LEWIS J.Microservices：a definition of this new architectural term[EB/OL].[2020-05-03]. https：//www.martinfowler.com/articles/microservices.html.

[3] 黃勇.架構(gòu)探險：輕量級微服務架構(gòu)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[4] 翟永超.Spring Cloud微服務實戰(zhàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[5] 楊恩雄.瘋狂Spring Cloud微服務架構(gòu)實戰(zhàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

[6] RICHARDSON C.微服務架構(gòu)設計模式[M].喻勇，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2019.

[7] UPADHYAY A，HASIJA H.Optimization in round robin process scheduling algorithm[C]// Proceedings of Third International Conference，2016：457-467.

[8] LI T，BAUMBERGER D，HAHN S W.Efficient and scalable multiprocessor fair scheduling using distributed weighted round-robin[J].ACM Sigplan Notices，2009，44（4）：65-74.

[9] CHOI D J，CHUNG K S，SHON J G.An improvement on the weighted least -connection scheduling algorithm for load balancing in Web cluster systems[M]//Grid and Distributed Computing，Control and Automation. Berlin，Heidelberg：Springer，2010：127-134.

[10] 王方旭.基于Spring Cloud實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)微服務化的設計與實現(xiàn)[J].電子技術與軟件工程，2018（8）：60-61.

[11] 黃沛.基于RESTful架構(gòu)的科技信息共享接口系統(tǒng)的設計[J].軟件，2018，39（7）：170-172.

[12] 王二偉，姚文斌.一種基于REST的物聯(lián)網(wǎng)資源模型和分布策略[J].軟件，2015，36（12）：128-131.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：糜小兵（1981—），男，四川渠縣人，碩士研究生，工程師，研究方向：作戰(zhàn)指揮控制。

孟獻軻（1980—），男，江蘇丹陽人，高級工程師，研究方向：作戰(zhàn)指揮控制。