基于微服務(wù)架構(gòu)的“數(shù)智學(xué)工”系統(tǒng)的設(shè)計

徐小華，胡忠旭，常 鳳

（昭通學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心，昭通 657000）

0 引言

隨著《教育信息化中長期規(guī)劃（2021—2035）》《教育信息化“十四五”》［1］等相關(guān)文件的出臺與實施，教育信息化必將帶動教育理念的創(chuàng)新和教學(xué)管理模式的變革，各高校都熱衷于將信息化手段用于各項管理中，所以，“數(shù)智學(xué)工”也成為“數(shù)智”校園的重要管理信息系統(tǒng)之一。

目前，對學(xué)工的系統(tǒng)架構(gòu)，相關(guān)的學(xué)者和工程師開發(fā)了多種方法。如李宏志等［2］設(shè)計了基于BUI和SSH框架的學(xué)工系統(tǒng)；湯義和［3］設(shè)計了基于.NET技術(shù)的學(xué)工信息管理系統(tǒng)；董萍［4］提出了基于SSH框架的學(xué)工管理系統(tǒng)。上述架構(gòu)大多采用單體式或SOA架構(gòu)，單體架構(gòu)或SOA架構(gòu)可以快速滿足業(yè)務(wù)的簡單訴求，然而隨著項目規(guī)模的擴(kuò)大、業(yè)務(wù)模塊的耦合，導(dǎo)致單體架構(gòu)冗余而數(shù)量龐大的代碼越來越無法適應(yīng)學(xué)工系統(tǒng)靈活應(yīng)對變化的需求。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）以業(yè)務(wù)劃分，數(shù)據(jù)難共享和復(fù)用

傳統(tǒng)模式下大部分學(xué)工系統(tǒng)以業(yè)務(wù)劃分為依據(jù)，而且都按一定的權(quán)限管理著各階段學(xué)生信息。各自為陣、各司其職的現(xiàn)象比較普遍，沒有設(shè)置明確的部門來實現(xiàn)學(xué)生信息管理的系統(tǒng)化，以至學(xué)生數(shù)據(jù)管理混亂、分散、資源浪費，最終導(dǎo)致基礎(chǔ)數(shù)據(jù)失真，結(jié)果數(shù)據(jù)難以復(fù)用，過程數(shù)據(jù)失去意義。

（2）靈活性不足，功能調(diào)整響應(yīng)慢

因國家政策和學(xué)校制度的修改，導(dǎo)致學(xué)工的功能經(jīng)常需要進(jìn)行調(diào)整，而在傳統(tǒng)模式下的學(xué)工系統(tǒng)靈活性不足，功能的調(diào)整工作量非常大，成本非常高。

（3）互動性不足，不能服務(wù)學(xué)生

傳統(tǒng)模式下大部分學(xué)工系統(tǒng)大多立足于管理，很少面向?qū)W生服務(wù)和考慮到學(xué)生的需求。

鑒于此，面對傳統(tǒng)學(xué)工系統(tǒng)的多種問題和系統(tǒng)框架問題，本文提出了一種基于微服務(wù)架構(gòu)的“數(shù)智學(xué)工”管理系統(tǒng)，它把“應(yīng)用建設(shè)”轉(zhuǎn)向“服務(wù)建設(shè)”，學(xué)生和高校已經(jīng)呈現(xiàn)雙向選擇之態(tài)。以學(xué)生為視角，基于學(xué)生從進(jìn)校到離校全過程服務(wù)的理念，涵蓋招生管理、迎新管理、學(xué)生日常行為管理、學(xué)生公寓管理等主要內(nèi)容，系統(tǒng)有效地整合各類學(xué)生事務(wù)，為學(xué)生提供符合實際的業(yè)務(wù)訪問通道和事務(wù)辦理通道，最大限度地滿足學(xué)生管理工作需要。

1 總體設(shè)計

1.1 微服務(wù)架構(gòu)

微服務(wù)（MicroService）架構(gòu)是指，將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能劃分為極小的獨立微服務(wù)，每個微服務(wù)只關(guān)注于完成某個小的任務(wù)［5］。系統(tǒng)中的單個微服務(wù)可以獨立地部署和擴(kuò)展，各個微服務(wù)之間是高內(nèi)聚、松耦合的。服務(wù)與服務(wù)之間采用輕量級的通信協(xié)議，相互協(xié)調(diào)、相互配合。它在應(yīng)對需求的變化、容錯處理、服務(wù)復(fù)用及擴(kuò)展、提升開發(fā)效率方面等有明顯的優(yōu)勢。

1.2 容器化技術(shù)

容器化技術(shù)（container）重新定義了應(yīng)用程序在不同環(huán)境中的移植和運行形式。應(yīng)用系統(tǒng)采用容器技術(shù)和微服務(wù)架構(gòu)相結(jié)合使得系統(tǒng)開發(fā)變得更為簡單、維護(hù)更為方便。Docker是目前最為流行的容器平臺，幾乎沒有性能開銷，可以很容易地在機(jī)器和數(shù)據(jù)中心中運行。最重要的是，它們不依賴于任何語言、框架包括系統(tǒng)［6］。圖1為架構(gòu)全景圖。

圖1 架構(gòu)全景圖

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)體系

基于微服務(wù)架構(gòu)的“數(shù)智學(xué)工”系統(tǒng)，結(jié)合了軟件架構(gòu)的三層設(shè)計和微服務(wù)的架構(gòu)進(jìn)行搭建。系統(tǒng)選用最為基礎(chǔ)的，主流的開源軟件環(huán)境，在云計算的框架下，結(jié)合容器技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。首先，按照微服務(wù)界限上下文的拆分原則，確定服務(wù)之間的交互共享模型和行為接口，將系統(tǒng)拆分為一些小的微服務(wù)，如學(xué)生的招生管理微服務(wù)，就業(yè)管理微服務(wù)等。并把這些服務(wù)放在系統(tǒng)的業(yè)務(wù)層，使用eureka集群方式部署。用戶使用不同的終端訪問前端界面，并向后臺發(fā)送相關(guān)的訪問請求，這些請求使用Nginx為負(fù)載均衡，所有請求通過api網(wǎng)關(guān)zuul組件訪問內(nèi)部服務(wù)，該組件提供流量控制、身份鑒別、負(fù)載均衡等安全防護(hù)功能。網(wǎng)關(guān)請求后，消費者從注冊中心得到服務(wù)提供者的注冊信息列表，注冊中心采用eureka集群方式部署。為避免訪問集中，客戶端使用負(fù)載均衡組件ribbon，客戶得到具體的地址信息后，通過聲明式組件feign，將遠(yuǎn)程restful調(diào)用封裝成接口調(diào)用。為避免某個服務(wù)宕機(jī)后引起服務(wù)雪崩，以及服務(wù)失敗后快速響應(yīng)，采用服務(wù)熔斷組件和階級機(jī)制hystrix，其中turbine可以監(jiān)控服務(wù)間的調(diào)用和相關(guān)指標(biāo)。引入spring cloud bus組件，提供統(tǒng)一的配置信息管理。最后在數(shù)據(jù)訪問層中，使用orcal集群，采用Redis緩存技術(shù)提高數(shù)據(jù)處理能力。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

基于微服務(wù)的“數(shù)智學(xué)工”系統(tǒng)有三類用戶群體，學(xué)生群體記錄學(xué)生在校期間的表現(xiàn)，主要功能有請假、資助申請、學(xué)生綜合表現(xiàn)等；學(xué)生管理群體提供對學(xué)生在校期間的學(xué)生管理一條線的管理工作、運行維護(hù)等，主要功能有信息維護(hù)、迎新管理、公寓管理、繳費管理、學(xué)生綜合測評等；系統(tǒng)管理員群體負(fù)責(zé)對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。整個“數(shù)智學(xué)工”涵蓋了學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)的所有學(xué)生管理工作。包括了招生管理、迎新管理、學(xué)生資助、心理咨詢、就業(yè)管理、離校管理等主要服務(wù)。系統(tǒng)以“移動優(yōu)先、多端融合；成長引導(dǎo)、智慧決策”為設(shè)計理念，其系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能架構(gòu)

1.5 系統(tǒng)實現(xiàn)

基于微服務(wù)的“數(shù)智學(xué)工”系統(tǒng)的環(huán)境，以學(xué)生為中心的業(yè)務(wù)場景服務(wù)，從學(xué)校進(jìn)行招生開始的招生服務(wù)，到迎新服務(wù)、公寓管理。到學(xué)生入校后的資助模塊、請假等日常管理服務(wù)，直到學(xué)生畢業(yè)離校就業(yè)的離校服務(wù)、就業(yè)服務(wù)，實現(xiàn)全生命周期、全業(yè)務(wù)場景的學(xué)生工作管理。

操作系統(tǒng)采用開源的CentOS 7.6為運行環(huán)境，容器調(diào)度使用KUbernets。面向?qū)W生處、院系教職人員、學(xué)生學(xué)業(yè)導(dǎo)師和全體學(xué)生，從業(yè)務(wù)處理流程的整合角度出發(fā)，整合各系統(tǒng)中與學(xué)生相關(guān)的信息。對學(xué)校學(xué)生相關(guān)數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行全面摸底，對學(xué)生數(shù)據(jù)從生產(chǎn)、存儲、流動到使用的全過程進(jìn)行調(diào)研，識別出學(xué)工業(yè)務(wù)內(nèi)部、業(yè)務(wù)之間的業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)應(yīng)用關(guān)系，梳理繪制各科室及相關(guān)部門業(yè)務(wù)邊界，明確各業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)需求。構(gòu)建業(yè)務(wù)流程的線上辦理中心。系統(tǒng)由基礎(chǔ)支撐服務(wù)（學(xué)生信息管理服務(wù)、學(xué)工隊伍管理服務(wù)、資格鑒定服務(wù)、流程服務(wù)、表單服務(wù)）來構(gòu)建基礎(chǔ)支撐平臺：學(xué)生信息管理服務(wù)用于學(xué)生綜合數(shù)據(jù)的管理；學(xué)工隊伍服務(wù)圍繞對教職工數(shù)據(jù)管理，部門、專業(yè)、班級數(shù)據(jù)管理，職務(wù)及數(shù)據(jù)權(quán)限管理；流程服務(wù)、表單服務(wù)用于學(xué)生事務(wù)辦理表單填寫及流程構(gòu)建的支撐；資格鑒定服務(wù)用于對各類業(yè)務(wù)辦理規(guī)則的限定。

以學(xué)生為中心的各類業(yè)務(wù)場景服務(wù)實現(xiàn)前端應(yīng)用；通過H5構(gòu)建的移動學(xué)工服務(wù)實現(xiàn)移動端應(yīng)用。通過與大數(shù)據(jù)中心對接，實現(xiàn)校內(nèi)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。

2 結(jié)語

基于微服務(wù)的“數(shù)智學(xué)工”系統(tǒng)采用輕架構(gòu)、系統(tǒng)重構(gòu)的設(shè)計理念，堅持管理與服務(wù)、管理與技術(shù)分離的原則，滿足了不同使用對象的需求。在安全性、兼容性、穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、靈活性方面滿足了學(xué)生工作管理業(yè)務(wù)?！皵?shù)智學(xué)工”實現(xiàn)了“以服務(wù)于人”為導(dǎo)向，系統(tǒng)圍繞“學(xué)生成長”形成了服務(wù)閉環(huán)，是一個學(xué)生能力成長融合管理服務(wù)系統(tǒng)。并對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)化、網(wǎng)絡(luò)化的管理，已成為高校學(xué)生信息管理的發(fā)展趨勢。