基于SpringCloud的航運(yùn)EDI平臺(tái)IT生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)

文/張樹新 吳海斌 蒙輝 湯麥倫

引言

EDI電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)在航運(yùn)中擁有無可取代的地位。航運(yùn)EDI主要服務(wù)于貿(mào)易商、海關(guān)、商檢、港口、航運(yùn)企業(yè)、貨代、船代等企業(yè)部門，然而，由于企業(yè)部門使用的EDI標(biāo)準(zhǔn)不一致，航運(yùn)EDI交換自動(dòng)化程度較低，國(guó)內(nèi)目前僅上海億通國(guó)際建有較為成熟的航運(yùn)EDI交換中心，主要通過協(xié)議適配、管道、字典等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)報(bào)文語義識(shí)別及格式轉(zhuǎn)換[1]。

作為最新一代云計(jì)算技術(shù)框架，SpringCloud 為開發(fā)者提供了在分布式系統(tǒng)（配置管理、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、熔斷、路由、微代理、控制總線、一次性token、全居瑣、leader選舉、分布式session、集群狀態(tài)）中快速構(gòu)建的工具，使用Spring Cloud的開發(fā)者可以快速地啟動(dòng)服務(wù)或構(gòu)建應(yīng)用，同時(shí)能夠快速和云平臺(tái)資源進(jìn)行對(duì)接[2]。SpringCloud作為新生的微服務(wù)框架，相比阿里巴巴Dubbo等RPC框架， Spring Cloud提供的全套分布式系統(tǒng)解決方案更利于構(gòu)建完整的IT生態(tài)環(huán)境。

本文通過分析航運(yùn)EDI平臺(tái)單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)存在的痛點(diǎn)，并對(duì)采用新技術(shù)后開發(fā)測(cè)試、實(shí)施運(yùn)維、集成擴(kuò)展過程存在的問題進(jìn)行分析，提出云計(jì)算時(shí)代IT生態(tài)環(huán)境的規(guī)劃愿景，然后基于SpringCloud分布式架構(gòu)構(gòu)建完整的云生態(tài)環(huán)境，最終實(shí)現(xiàn)降低專業(yè)人員技術(shù)門檻、提供靈活高效的運(yùn)維環(huán)境，達(dá)成平臺(tái)具備持續(xù)集成和交付能力的目標(biāo)。

一、EDI平臺(tái)現(xiàn)狀及問題

目前國(guó)內(nèi)航運(yùn)EDI平臺(tái)大多仍處于單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)或小工具層面，制約其發(fā)展的原因不外乎EDI標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一及現(xiàn)有平臺(tái)技術(shù)發(fā)展緩慢。

技術(shù)發(fā)展緩慢并不是因?yàn)镋DI核心技術(shù)復(fù)雜或是共性技術(shù)無法應(yīng)用，相反EDI核心技術(shù)非常簡(jiǎn)單，也正是因此，EDI系統(tǒng)、小工具在小范圍內(nèi)應(yīng)用良好。

小系統(tǒng)、小工具適應(yīng)面有限，航運(yùn)對(duì)通用性強(qiáng)的平臺(tái)級(jí)EDI有著迫切的需求，如何適應(yīng)繁雜不一的標(biāo)準(zhǔn)，不斷接納新的標(biāo)準(zhǔn)，打造開放統(tǒng)一的一站式交換環(huán)境，一直是平臺(tái)級(jí)EDI努力的方向。

EDI平臺(tái)的開放性是個(gè)復(fù)雜、綜合、長(zhǎng)期的命題，也為了有效降低成本，在新技術(shù)應(yīng)用上，EDI平臺(tái)從未放慢追隨的腳步，而新技術(shù)的應(yīng)用帶來了學(xué)習(xí)成本增加、專業(yè)技術(shù)人員難覓、運(yùn)維復(fù)雜度增加、集成擴(kuò)展不易等問題，應(yīng)用新技術(shù)的副作用將開發(fā)運(yùn)維成本逐漸推高，甚至超過全新開發(fā)的成本，而違背了使用新技術(shù)的初衷。正是這樣的客觀情況，航運(yùn)EDI平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展相對(duì)緩慢。

當(dāng)然，部分平臺(tái)也順應(yīng)發(fā)展，逐步應(yīng)用SOA架構(gòu)、阿里巴巴的Duboo微服務(wù)架構(gòu)、IaaS基礎(chǔ)云、Docker容器等新技術(shù)，很大程度上，新技術(shù)地使用降低了平臺(tái)開發(fā)技術(shù)門檻，提升了平臺(tái)的擴(kuò)展性及可維護(hù)性，但當(dāng)IT人員從這些新技術(shù)上獲得便利、敏捷的同時(shí)，新技術(shù)的生態(tài)鏈連貫性不足、可靠性未經(jīng)歷考驗(yàn)，這都是制約平臺(tái)技術(shù)更新?lián)Q代的最大痛點(diǎn)。

究其根源，不是新技術(shù)不適用，而是每項(xiàng)新技術(shù)僅能解決軟件工程的某一方面的問題，但平臺(tái)不單只是軟件工程，而是集開發(fā)、測(cè)試、部署、運(yùn)維、集成等一系列的工作的IT生態(tài)圈，航運(yùn)EDI平臺(tái)缺少的是一個(gè)連貫性好、技術(shù)門檻低、開放性佳、可方便擴(kuò)展、能在未來5到10年內(nèi)適用技術(shù)發(fā)展的IT生態(tài)環(huán)境。

二、EDI平臺(tái)云生態(tài)愿景規(guī)劃

良好的IT生態(tài)應(yīng)該是簡(jiǎn)單地開發(fā)、完善地測(cè)試、快捷地實(shí)施、連貫高效地運(yùn)維、持續(xù)地集成、持續(xù)地交付，這些應(yīng)該都是云化的，各個(gè)階段都有完善的解決方案和工具支持，這就是EDI平臺(tái)云生態(tài)的愿景。

開放方面，應(yīng)使用市場(chǎng)成熟、生命力旺盛、學(xué)習(xí)成本低、具備良好延續(xù)性的技術(shù)。開發(fā)語言、框架應(yīng)是當(dāng)下流行的技術(shù)，智力資源易于從高校或社會(huì)中獲取，擁有一定的社區(qū)群體，遇到問題能有多渠道途徑解決，且開發(fā)人員應(yīng)不需要很高深的專業(yè)開發(fā)能力，經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可參與并完成功能服務(wù)開發(fā)，平臺(tái)應(yīng)能方便地拆分模塊外包開發(fā)，并順利組裝對(duì)接。

測(cè)試方面，應(yīng)具備與單元測(cè)試、自動(dòng)化測(cè)試、回歸測(cè)試工具良好結(jié)合的能力。

運(yùn)維方面，新技術(shù)不應(yīng)導(dǎo)致運(yùn)維成本增加，而應(yīng)盡可能融合云計(jì)算、容器、自動(dòng)化技術(shù)提高系統(tǒng)可用性、魯棒性，降低運(yùn)維難度及人力需求。各微服務(wù)模塊能通過Docker實(shí)現(xiàn)云環(huán)境自動(dòng)化部署，各微服務(wù)具備路由及負(fù)載均衡能力，整體平臺(tái)不存在單點(diǎn)故障，支持不停機(jī)平滑升級(jí)、快速高效地運(yùn)維配置熱更新、版本控制。

集成擴(kuò)展方面，平臺(tái)應(yīng)可以從最小化系統(tǒng)功能進(jìn)行搭建，逐漸集成擴(kuò)展堆積新功能模塊，而不影響平臺(tái)代碼可維護(hù)性及運(yùn)行效率，并能通過簡(jiǎn)單硬件擴(kuò)展提升平臺(tái)服務(wù)能力。

三、基于SpringCloud的IT生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)

航運(yùn)EDI平臺(tái)從單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)向SOA架構(gòu)變革的過程，隨著服務(wù)的增多，逐漸暴露出管理難的問題，在考察對(duì)比了阿里巴巴的Duboo服務(wù)治理架構(gòu)及SpringCloud分布式架構(gòu)后，最終選定了SpringCloud架構(gòu)作為構(gòu)建平臺(tái)云生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)。

這里簡(jiǎn)單介紹基于SpringCloud的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹平臺(tái)開發(fā)及運(yùn)維生態(tài)環(huán)境的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

圖1

3.1 平臺(tái)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 為平臺(tái)整體架構(gòu)[2][3]：

考慮到需構(gòu)建結(jié)構(gòu)完善、智力密集、人工成本合理、能應(yīng)對(duì)人才流動(dòng)性沖擊、可持續(xù)發(fā)展的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，因此，選擇生命力頑強(qiáng)、延續(xù)性好的通用性技術(shù)以降低學(xué)習(xí)門檻、應(yīng)對(duì)沖擊是至關(guān)重要的，這里選擇了Java開發(fā)語言、Spring體系作為基礎(chǔ)搭建開發(fā)生態(tài)環(huán)境，Java及Spring已經(jīng)成就的大生態(tài)環(huán)境，能很好地解決組建、運(yùn)營(yíng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)遇到的問題。

同樣是在底層的平臺(tái)運(yùn)行生態(tài)環(huán)境，這里選擇IaaS基礎(chǔ)云、Docker容器技術(shù)進(jìn)行搭建，經(jīng)過近10年的發(fā)展，IaaS和PaaS云技術(shù)已經(jīng)落地成熟，IaaS與Docker完美結(jié)合，SpringCloud通過SpringBoot與Docker無縫對(duì)接，在這些技術(shù)的基礎(chǔ)上，可極大地降低平臺(tái)部署運(yùn)維難度，終結(jié)了起早貪黑、提醒吊膽、全天候值守的運(yùn)維時(shí)代，是一個(gè)較為完美的平臺(tái)運(yùn)行生態(tài)環(huán)境[2][4][7]。

服務(wù)層采用為微服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，微服務(wù)較SOA架構(gòu)更輕量級(jí)，是對(duì)SOA架構(gòu)的更小劃分，將SOA的思想融入到單個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)真正的組件化[5]，這里構(gòu)建了用戶、日志、審計(jì)、權(quán)限、文件、報(bào)文協(xié)議適配器、報(bào)文解析器、主數(shù)據(jù)字典、報(bào)文生成器等微服務(wù)，各服務(wù)獨(dú)立成系統(tǒng)，擁有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，業(yè)務(wù)邏輯。這樣的服務(wù)生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)，能很好地將平臺(tái)復(fù)雜的功能分解成一個(gè)個(gè)功能獨(dú)立的單表維護(hù)組件，符合軟件工程總體規(guī)劃分步實(shí)施的原則，讓開發(fā)外包、通過簡(jiǎn)單擴(kuò)充智力資源提高開發(fā)效率成為可能，且隨著微服務(wù)的組件化，服務(wù)的復(fù)用度、開發(fā)難度大大降低[3]。

隨著微服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用，勢(shì)必導(dǎo)致服務(wù)碎片化，管理難度會(huì)隨著微服務(wù)的增加而呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)，為了解決這一問題，這里構(gòu)建了服務(wù)管理生態(tài)環(huán)境，包含配置管理、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、熔斷控制、服務(wù)路由、負(fù)載均衡，服務(wù)狀態(tài)監(jiān)控，服務(wù)路徑跟蹤、ESB總線等，將微服務(wù)的變化產(chǎn)生的漣漪進(jìn)行有效監(jiān)控，結(jié)合IaaS和PaaS的高可用特性，通過簡(jiǎn)單地重啟、重新部署等方式解決服務(wù)生存周期出現(xiàn)的問題[8]。

整個(gè)EDI平臺(tái)生態(tài)環(huán)境還包括自動(dòng)化測(cè)試構(gòu)建、平臺(tái)健康管理生態(tài)等等，這里就不過多介紹了。

3.2 平臺(tái)開發(fā)生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)

為確保航運(yùn)EDI平臺(tái)能順利更新?lián)Q代，平臺(tái)開發(fā)環(huán)境的生態(tài)體系至關(guān)重要。

1.選擇Sping家族產(chǎn)品，可有效解決技術(shù)門檻、學(xué)習(xí)環(huán)境、資源獲取、人才需求、疑難解決等問題，這為開發(fā)生態(tài)環(huán)境打下了良好的基礎(chǔ)。Sping系列架構(gòu)從2004年至今，其引領(lǐng)的SSH儼然已成為JAVA學(xué)習(xí)的必修課程，作為SpringCloud底層的SpringBoot更是將Spring的學(xué)習(xí)門檻降低到了極致。

2.通過Spring Cloud Netflix組件輕松實(shí)現(xiàn)服務(wù)治理，解決SOA架構(gòu)下服務(wù)調(diào)用困難的問題。使用Eureka可完成服務(wù)的注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)，使用Zuul網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的路由及訪問，使用Feign實(shí)現(xiàn)服務(wù)間的互訪，使用Hystrix組件實(shí)現(xiàn)斷路器模式，解決微服務(wù)下單點(diǎn)故障傳播后的“雪崩”問題[6]。

3.使用Spring Cloud Bus 將分布式的節(jié)點(diǎn)和輕量的消息代理連接起來，通過消息總線的模式，結(jié)合異步執(zhí)行，解決服務(wù)串行調(diào)用開銷過大導(dǎo)致的性能問題，并能在消息總線上方便地實(shí)現(xiàn)微服務(wù)的熱插拔，在松耦合的環(huán)境下，解決平臺(tái)基礎(chǔ)擴(kuò)展及動(dòng)態(tài)交付問題[6]。

4.SpringCloud通過SVN與Jenkins、harbor結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)與Docker的無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化構(gòu)建部署，打造高效的開發(fā)編譯環(huán)境。

通過以上設(shè)計(jì)，平臺(tái)將具備完善的開發(fā)環(huán)境生態(tài)鏈，即獲得了便利、敏捷，又解決開發(fā)混亂、管理困難的問題，形成健壯的開發(fā)生態(tài)環(huán)境，而不至于因某個(gè)服務(wù)或個(gè)人的異常而影響整個(gè)平臺(tái)質(zhì)量。

3.3 平臺(tái)運(yùn)維生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)

運(yùn)維作為整個(gè)生態(tài)環(huán)境里的重要組成部分，對(duì)航運(yùn)EDI平臺(tái)至關(guān)重要。系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性、可靠性、不間斷的服務(wù)、無縫升級(jí)，都是航運(yùn)EDI平臺(tái)所必須的，這些將是構(gòu)建運(yùn)維生態(tài)環(huán)境的重要考量因素[9]。

1.通過Ribbon組件提供的負(fù)載均衡功能，可通過Docker在很短時(shí)間內(nèi)拉起多個(gè)相同功能的服務(wù)，共同注冊(cè)到Eureka上，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的負(fù)載均衡，可有效解決系統(tǒng)性能瓶頸問題[7][10]。

2.通過Ribbon負(fù)載均衡組件結(jié)合Hystrix斷路器組件，可輕松實(shí)現(xiàn)服務(wù)的高可用，確保業(yè)務(wù)的穩(wěn)定連貫，讓不間斷服務(wù)成為可能，在此基礎(chǔ)上，單服務(wù)的無縫升級(jí)也能輕松實(shí)現(xiàn)，分布式服務(wù)優(yōu)勢(shì)在運(yùn)維生態(tài)上得到完美體現(xiàn)。

3.Hystrix Dashboard監(jiān)控面板及Turbine監(jiān)控聚合組件無需做過多的配置就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有微服務(wù)實(shí)例的運(yùn)行狀態(tài)、性能、服務(wù)調(diào)用消耗等信息進(jìn)行統(tǒng)一查看，讓運(yùn)維更精準(zhǔn)及時(shí)。

4.微服務(wù)運(yùn)維過程中，最繁瑣的當(dāng)屬服務(wù)配置更新，當(dāng)微服務(wù)數(shù)量達(dá)到一次程度時(shí)，對(duì)所有服務(wù)進(jìn)行一次配置更新不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還容易出錯(cuò)，管理相當(dāng)困難，Spring Cloud Config提供了服務(wù)配置中心的管理概念，可與SVN、Git進(jìn)行結(jié)合，對(duì)環(huán)境配置進(jìn)行版本管理，與Spring Cloud Bus總線結(jié)合后，還能實(shí)現(xiàn)微服務(wù)配置的自動(dòng)批量更新，這是運(yùn)維生態(tài)環(huán)境的有力支撐[2]。

5.隨著EDI業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)張，服務(wù)之間互相調(diào)用會(huì)越來越復(fù)雜，業(yè)務(wù)邏輯層的一個(gè)接口可能需要很多個(gè)服務(wù)協(xié)同才能完成這個(gè)接口功能，如果鏈路上任何一個(gè)服務(wù)出現(xiàn)問題或者網(wǎng)絡(luò)超時(shí)，都會(huì)形成導(dǎo)致接口調(diào)用失敗，Spring Cloud Sleuth提供在分布式系統(tǒng)中追蹤服務(wù)調(diào)用的解決方案，以及可視化的呈現(xiàn)。

通過這些有益的設(shè)計(jì)，平臺(tái)具備簡(jiǎn)單、高效的運(yùn)維生態(tài)環(huán)境。

四、結(jié)束語

本文較為寬泛的對(duì)航運(yùn)EDI平臺(tái)提出了IT生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)，而SpringCloud作為新生分布式架構(gòu)套件，具有連貫性好、健壯性強(qiáng)、全組件化的優(yōu)點(diǎn)，且文中設(shè)計(jì)的IT生態(tài)環(huán)境在眾多行業(yè)中具有共性，有著非常強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

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