基于微服務(wù)的智慧校園平臺建設(shè)研究與實(shí)踐

葉維裕，陳景

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西崇左，532200）

1 智慧校園建設(shè)

1.1 智慧校園簡介

數(shù)字校園是在傳統(tǒng)校園基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)數(shù)字空間，實(shí)現(xiàn)從環(huán)境信息、資源信息到應(yīng)用信息等全部數(shù)字化，從而為資源和服務(wù)共享提供支撐。在數(shù)字校園建設(shè)中，往往將各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，各個(gè)系統(tǒng)間耦合度比較高，當(dāng)其中的某一個(gè)系統(tǒng)存在問題的時(shí)候，會影響到其他系統(tǒng)的調(diào)用，系統(tǒng)的擴(kuò)展性較差，系統(tǒng)重點(diǎn)以管理工作為目的，服務(wù)性相對較差。而智慧校園是指以促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合、提高學(xué)校管理、學(xué)與教的效果為目的，以網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施為載體，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)為核心技術(shù)，提供一種智慧化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)作型、服務(wù)型一體化的教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)，并能對教育教學(xué)、教育管理進(jìn)行感知和分析的智慧教育教學(xué)環(huán)境，從而構(gòu)建一個(gè)智慧教育生態(tài)。

1.2 智慧校園架構(gòu)

由于各個(gè)學(xué)?；A(chǔ)環(huán)境、發(fā)展程度等不一樣，建設(shè)的智慧校園會有差異。學(xué)校根據(jù)上級智慧校園建設(shè)指導(dǎo)文件和軟件廠家建設(shè)方案，結(jié)合實(shí)際情況學(xué)校智慧校園平臺建設(shè)整體框架主要包含信息化素養(yǎng)提升、信息化機(jī)制體制保障、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用平臺建設(shè)等。設(shè)計(jì)思路遵循頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌規(guī)劃、以人為本、服務(wù)為先、分步實(shí)施的思路，實(shí)現(xiàn)智慧校園建設(shè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)教育信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)的解耦和重構(gòu)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、5G通訊等先進(jìn)的IT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧校園建設(shè)的智能化、智慧化和個(gè)性化，實(shí)現(xiàn)廣大師生被動(dòng)要求使用應(yīng)用向信息化主動(dòng)服務(wù)于廣大師生轉(zhuǎn)型，以互聯(lián)網(wǎng)的思維模式和服務(wù)模式為師生提供信息化服務(wù)。整體框架如圖1所示。

圖1 智慧校園建設(shè)整體框架

教育信息化建設(shè)的核心關(guān)鍵是師生的信息化建設(shè)，教育信息化的過程不能簡單地認(rèn)為是信息機(jī)器、信息技術(shù)的引入過程，不能簡單地等同于計(jì)算機(jī)化或網(wǎng)絡(luò)化。教育信息化的過程是教育思想、教育觀念轉(zhuǎn)變的過程，是以信息的觀點(diǎn)對知識傳授過程進(jìn)行系統(tǒng)分析、認(rèn)識的過程。只有在這樣的基礎(chǔ)上指導(dǎo)信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，才是所需要的教育信息化。通過建立信息化培訓(xùn)長效機(jī)制，對師生信息化素養(yǎng)的培養(yǎng)和提高，從而更好的建設(shè)和使用智慧校園。

信息化機(jī)制體制保障是智慧校園建設(shè)的堅(jiān)強(qiáng)保障。通過設(shè)立專門的信息化建設(shè)小組，學(xué)校一把手任組長，全力推動(dòng)智慧校園建設(shè)，下設(shè)信息化管理辦公室，負(fù)責(zé)信息化的實(shí)施工作。然后通過制定一系列的信息化管理制度，從而規(guī)范信息化建設(shè)，保障智慧校園安全穩(wěn)定運(yùn)行。

校園信息化是以網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為核心支撐平臺，從環(huán)境、資源到活動(dòng)全部實(shí)施智慧化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要提供網(wǎng)絡(luò)通信、存儲、終端等設(shè)施和服務(wù)，是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，是信息化的底座，是信息化應(yīng)用的有力保障。

應(yīng)用平臺建設(shè)是智慧校園建設(shè)的核心，是基礎(chǔ)設(shè)施與終端用戶的橋梁，是智慧校園數(shù)據(jù)、服務(wù)功能的具體應(yīng)用。主要包含數(shù)據(jù)中心、服務(wù)中心和決策中心。其中數(shù)據(jù)中心包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)，主要解決統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、梳理數(shù)據(jù)交換、生成高質(zhì)量數(shù)據(jù)、提供數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控等功能 。服務(wù)中心是學(xué)校智慧校園各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)和服務(wù)功能的集合，是智慧校園實(shí)現(xiàn)智慧化、服務(wù)化的具體體現(xiàn)，主要包含了一站式服務(wù)中心、統(tǒng)一信息門戶、教務(wù)系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、學(xué)工系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、智慧教學(xué)平臺和一卡通等主要業(yè)務(wù)的一體化綜合服務(wù)平臺，為學(xué)校、師生提供完善便捷的校園管理、教學(xué)和校園生活服務(wù)。利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，營造網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化、泛在化的智慧教育環(huán)境，促進(jìn)信息技術(shù)與人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)等方面的深度融合和創(chuàng)新應(yīng)用。建設(shè)智慧校園可視化決策中心是打造智慧校園的核心中樞，它可以有效整合校園現(xiàn)有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)校園綜合態(tài)勢監(jiān)測、校園安防態(tài)勢監(jiān)測、校園信息安全監(jiān)測、校園通行監(jiān)測、重點(diǎn)樓宇監(jiān)測、校園設(shè)施、設(shè)備監(jiān)測、學(xué)校輿情監(jiān)測、應(yīng)急指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)分析研判等功能，有效提升校園安防、運(yùn)維管理效力，實(shí)現(xiàn)“精細(xì)化管理、協(xié)同化支撐、個(gè)性化服務(wù)”的目標(biāo)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 智慧校園微服務(wù)架構(gòu)

2.1 單體應(yīng)用架構(gòu)簡介

傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的核心是由模塊實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯，它定義了服務(wù)、領(lǐng)域?qū)ο蠛褪录?。圍繞核心的是與外部接口對接的適配器，如數(shù)據(jù)庫訪問組件、生產(chǎn)和消費(fèi)消息的消息組件、暴露了 API 或?qū)崿F(xiàn)了一個(gè)用戶界面的 Web 組件。盡管應(yīng)用可能有一個(gè)邏輯模塊化架構(gòu)，但它一般會被作為一個(gè)單體進(jìn)行打包和部署，實(shí)際格式取決于應(yīng)用程序的語言和框架。這種構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的架構(gòu)我們稱之為單體應(yīng)用架構(gòu)。然而，隨著業(yè)務(wù)需求及其復(fù)雜性的增加，上述架構(gòu)的局限性逐步顯現(xiàn)出來——應(yīng)用的代碼規(guī)模隨著應(yīng)用功能越來越豐富而急劇膨脹，進(jìn)而對敏捷開發(fā)和交付產(chǎn)生極大的影響：

（1）應(yīng)用程序過于復(fù)雜，部署、啟動(dòng)非常緩慢，阻礙持續(xù)集成的效率。

（2）不同模塊對于資源的需求可能不一致，部署在一起的時(shí)候很難選擇適合的硬件。

（3）所有模塊運(yùn)行在同一進(jìn)程中，對可靠性有很大影響，任何一個(gè)模塊出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用不可用。

（4）對于使用新技術(shù)產(chǎn)生重大障礙，無法采用更先進(jìn)的新框架或程序語言。

2.2 微服務(wù)架構(gòu)簡介

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和信息技術(shù)應(yīng)用的變革，信息技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)也從單體獨(dú)立架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚍?wù)的架構(gòu)SOA，然后再演變?yōu)槲⒎?wù)架構(gòu)。智慧校園全生命周期服務(wù)，是以“服務(wù)”為視角，實(shí)現(xiàn)面對全校師生的碎片化服務(wù)，建立校內(nèi)有機(jī)的業(yè)務(wù)協(xié)作關(guān)系，將學(xué)校內(nèi)的各種業(yè)務(wù)流程穿接起來，實(shí)現(xiàn)能夠支持學(xué)生從新生入校、在校學(xué)習(xí)生活直至畢業(yè)離校的全生命周期管理。要實(shí)現(xiàn)全生命周期的服務(wù)，智慧校園基礎(chǔ)平臺需要一種更先進(jìn)、更適應(yīng)變化、擴(kuò)展性更強(qiáng)的技術(shù)架構(gòu)作為支撐。微服務(wù)架構(gòu)（Micro-Services Architecture）就是滿足上述要求的一種技術(shù)架構(gòu)。如今微服務(wù)架構(gòu)是當(dāng)前軟件架構(gòu)的一種主流方式，它將各個(gè)單一獨(dú)立的應(yīng)用程序整合成統(tǒng)一的一組輕量級的微服務(wù)，各個(gè)服務(wù)與數(shù)據(jù)中心、各個(gè)服務(wù)之間能建立起交互。

微服務(wù)架構(gòu)的思路則是將單體應(yīng)用分解為一系列小規(guī)模的互連服務(wù)。一個(gè)服務(wù)通常實(shí)現(xiàn)一組不同的特性或功能，每個(gè)服務(wù)都是一個(gè)微型的單體應(yīng)用，內(nèi)部包括了相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯和所需的適配器。一些微服務(wù)會開放API供其他微服務(wù)或客戶端使用，另一些微服務(wù)會用來呈現(xiàn)用戶界面。通過這種方式，微服務(wù)架構(gòu)很好的解決了單體應(yīng)用的上述困境：

（1）單個(gè)微服務(wù)的規(guī)模通常會控制在一定程度，客觀上降低了復(fù)雜度，從而提高了修改、新功能實(shí)現(xiàn)、測試和持續(xù)集成的效率。

（2）每個(gè)微服務(wù)都可以由一個(gè)小團(tuán)隊(duì)獨(dú)立開發(fā)、部署，采用/更換新技術(shù)框架/語言的成本大大降低。

（3）不同服務(wù)能夠獨(dú)立運(yùn)行、擴(kuò)展，便于根據(jù)服務(wù)特點(diǎn)采取最匹配的硬件，同時(shí)還能隔離運(yùn)行環(huán)境，不會相互影響可靠性。

圖2 微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)圖

圖3 基于微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)的智慧校園框架圖

3 基于微服務(wù)的智慧校園建設(shè)

通過前面的介紹，傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)具有一些痛點(diǎn)問題，以我們學(xué)院智慧校園建設(shè)為例，學(xué)校在一期的信息化建設(shè)當(dāng)中,已經(jīng)建成了教務(wù)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、辦公OA系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站等一系列應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)使用，基本滿足了辦公、教學(xué)和生活需要。但是各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)由各個(gè)部門主導(dǎo)完成，缺少技術(shù)及功能的長期規(guī)劃，采取不同的標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)間彼此獨(dú)立，各自為政，從而形成了校園網(wǎng)上一個(gè)個(gè)“信息孤島”，信息和資源無法實(shí)現(xiàn)高效共享，也造成了信息的重復(fù)管理，數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)更新，甚至出現(xiàn)多版本的數(shù)據(jù)，源數(shù)據(jù)獲取困難。這種低效率的信息共享方式無法滿足各部門及時(shí)獲取需要信息的需求，不利學(xué)校信息化的長期發(fā)展，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

微服務(wù)解決的是我們軟件開發(fā)中一直追求的低耦合+高內(nèi)聚，微服務(wù)的中心思想是把一個(gè)業(yè)務(wù)分成若干塊低耦合的小業(yè)務(wù)，比如一塊小業(yè)務(wù)專門負(fù)責(zé)接收外部的數(shù)據(jù)，-塊小業(yè)務(wù)專門負(fù)責(zé)響應(yīng)前臺的操作，小業(yè)務(wù)可以進(jìn)一步拆分,比如負(fù)責(zé)接收外部數(shù)據(jù)的小業(yè)務(wù)可以繼續(xù)分成多塊負(fù)責(zé)接收不同類型數(shù)據(jù)的小業(yè)務(wù)，這樣每個(gè)小業(yè)務(wù)出問題了，其它小業(yè)務(wù)還能正常對外提供服務(wù)?；谖⒎?wù)架構(gòu)的智慧校園建設(shè)能夠解決數(shù)字化校園中單體架構(gòu)的痛點(diǎn)問題，它具有布局先進(jìn)、設(shè)計(jì)靈活、耦合度低和易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，能夠去耦合，將復(fù)雜系統(tǒng)解耦成一個(gè)個(gè)微應(yīng)用，去完成各個(gè)場景的業(yè)務(wù)閉環(huán)，為智慧校園整體穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。通過微服務(wù)架構(gòu)構(gòu)建微服務(wù)架構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)，對已有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其達(dá)到要求，提供全面的微服務(wù)。對于后期要建立的應(yīng)用系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)需求方面，不再一味的追求建設(shè)大而全的應(yīng)用平臺為目的，而是要嚴(yán)格按照面向微服務(wù)的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行規(guī)范標(biāo)注和規(guī)則，明確服務(wù)的內(nèi)容和范圍，以用戶需求和服務(wù)為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行平臺建設(shè)，統(tǒng)籌安排,合理規(guī)劃，為學(xué)習(xí)、師生等終端用戶真正提供完善的服務(wù)功能。

4 結(jié)語

基于微服務(wù)架構(gòu)的智慧校園平臺建設(shè)是信息化發(fā)展過程中技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，它解決了傳統(tǒng)的單體式架構(gòu)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性差、耦合度高、可靠性差等突出問題?；谖⒎?wù)架構(gòu)的智慧校園平臺建設(shè)具有完善的信息交互接口、靈活的策略配置和容錯(cuò)的運(yùn)行機(jī)制，與系統(tǒng)開發(fā)語言、運(yùn)行環(huán)境和中間件等條件無關(guān)。每個(gè)服務(wù)都有明確的功能目標(biāo)，業(yè)務(wù)邊界明確清晰，采用輕量級通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)的請求響應(yīng)交互，服務(wù)內(nèi)部邏輯聯(lián)系緊密，外部耦合度低。微服務(wù)架構(gòu)為智慧校園應(yīng)用平臺的建設(shè)提供了優(yōu)秀的解決方案，提升了系統(tǒng)構(gòu)建的靈活性和開發(fā)效率，降低了系統(tǒng)軟件的開發(fā)成本。