微服務框架下的多測合一信息管理平臺建設

李高潮

(廣州全成多維信息技術有限公司, 廣東 廣州 511458)

0 引言

為切實貫徹國家在新時期作出的關于工程建設項目審批制度改革的重要決策,各地陸續(xù)開展工程建設項目審批的多測合一信息管理平臺建設。構建全流程、全覆蓋的工程建設項目審批和管理體系,平臺需開展海量數(shù)據共享交換、多項測繪業(yè)務整合、審批流程重構優(yōu)化以及對外應用系統(tǒng)集成等工作。因此,在平臺搭建時要充分考慮跨平臺服務接口的兼容性、服務的動態(tài)可擴展性以及訪問的高并發(fā)性,而當下流行的微服務架構恰好能夠解決這些問題。微服務架構是在面向服務架構(service-oriented architecture,SOA)上進行升級,可將獨立的功能組件拆分為多個小型的微服務,每個小型的微服務可以解決一項業(yè)務功能,并且由于微服務體量小、結構單一,便于開發(fā)和維護,讓開發(fā)部署工作變得更加簡化和高效。本文根據實際需求,設計并開發(fā)了基于分布式微服務架構的多測合一信息管理平臺,提高了平臺的穩(wěn)定性、安全性、可靠性和可擴展性。平臺采用領域驅動設計方法,將工程建設項目審批流程、成果共享管理以及對外集成管理等功能劃分成細粒度的微服務,從而實現(xiàn)服務間的高耦合性,讓平臺更加靈活和可拓展。

1 平臺微服務構建的原則

1.1 微服務間需松耦合,微服務內部需緊內聚

松耦合是指在不修改平臺的其他部分的前提下,能夠獨立部署或修改某一單個服務。服務之間都盡可能少知道對方的服務信息。緊內聚是指將相似行為的服務都聚集一起,不相似行為的服務放到其他位置,這樣可以實現(xiàn)當需要修改和刪除某個服務時,只需修改一個位置即可,大大提高了平臺開發(fā)的效率。

1.2 采用領域驅動設計方法確定微服務邊界

領域驅動設計方法是基于領域模型對大型復雜平臺業(yè)務對象進行建模和分析。它是為了解決平臺業(yè)務規(guī)則和概念轉換成軟件系統(tǒng)類型屬性和類型行為,以此降低平臺業(yè)務的復雜性,讓平臺更具擴展性。領域模型是對平臺需求分析業(yè)務進行分解和邊界劃分,形成“高內聚低耦合”的業(yè)務子域的過程。

1.3 減少微服務間的數(shù)據流量和調用

為了解決微服務間過渡通信導致緊耦合,從而影響平臺性能問題,需減少微服務間的數(shù)據流量和調用,通常限制在2個服務間進行調用。

2 平臺微服務設計

2.1 微服務框架總體設計

微服務架構中服務之間是端到端訂閱方式,具有獨立的業(yè)務邏輯和可擴展部署機制,其他微服務或客戶端可通過服務接口調用該服務,從而實現(xiàn)微服務的分布管理。微服務架構的最大優(yōu)勢是可以提高平臺的伸縮性,實現(xiàn)業(yè)務服務的動態(tài)部署和擴展。多測合一信息管理微服務平臺是基于開源的OpenShift容器平臺的基礎上,進行開發(fā)和設計。平臺微服務框架結構包括五大核心層：支撐層、數(shù)據資源層、微服務層、應用層以及表現(xiàn)層。兩側是保障平臺安全穩(wěn)定運行的法律法規(guī)、標準規(guī)范體系和信息安全、運維保障體系。微服務框架設計示意圖如圖1所示。

圖1 微服務框架設計示意圖

(1)支撐層是依托市級自然資源云提供的計算資源、存儲資源以及安全資源,在此基礎上部署平臺的軟件系統(tǒng),在自然資源內網、政務網以及互聯(lián)網上進行運行,同時內網和其他網絡物理隔離,確保數(shù)據安全。

(2)數(shù)據資源層是平臺運行數(shù)據支撐,其中地理信息數(shù)據庫是通過服務調用的方式,接入地形圖數(shù)據、影像圖數(shù)據以及地名地址數(shù)據等。測繪數(shù)據是工程建設項目在規(guī)劃選址、許可、施工以及驗收等階段產生的測繪數(shù)據。工程建設項目數(shù)據庫是指涉及項目本身和管理數(shù)據。測繪共享數(shù)據庫是多測合一業(yè)務審批流程中產生和需要提供的數(shù)據。多媒體數(shù)據庫主要包括文檔、照片以及視頻等數(shù)據。Redis緩存數(shù)據庫是用來存儲常重復使用的緩存數(shù)據。六大核心庫共同構建了多測合一數(shù)據資源庫,為應用層提供數(shù)據支撐。

(3)微服務層向上提供統(tǒng)一的數(shù)據操作接口,向下通過微服務數(shù)據讀取接口實現(xiàn)數(shù)據的讀寫操作,同時還利用領域驅動設計方法,將業(yè)務功能分解成細粒度服務,并部署在服務器Nginx中,實現(xiàn)微服務集群。

(4)應用層是平臺應用窗口,通過應用程序接口(application programming interface,API)網關實現(xiàn)微服務和前端客戶端連接,從而實現(xiàn)相應的業(yè)務功能,如,網上服務大廳、成果展示、業(yè)務管理以及共享交換管理等。

(5)表現(xiàn)層是為自然資源部門、不動產部門、消防部門、測繪單位以及公眾等用戶提供不同形式的表現(xiàn)端窗口,主要包括桌面PC機、平板電腦以及智能手機等。

2.2 微服務框架詳細設計

微服務框架詳細設計包括數(shù)據庫設計、領域驅動設計、微服務接口設計、服務注冊中心設計以及網關設計等。這里以領域驅動設計和微服務接口設計為例進行描述。

2.2.1

領域驅動設計流程主要包括如下幾方面內容：第一,調研多測合一管理的業(yè)務需求,獲得業(yè)務領域事件;第二,尋找完成業(yè)務領域事件的命令和角色;最后,圍繞業(yè)務領域事件確定領域邊界的上下文,并構建領域模型,以便后期業(yè)務擴展。在多測合一工程建設項目審批業(yè)務上,項目測繪業(yè)務申報和受理是一個領域事件。建設單位向窗口工作人員提交測繪業(yè)務申請,窗口工作人員根據申請的內容進行受理,并將受理的結果反饋給建設單位,由此確定了一個聚合。聚合可以發(fā)布測繪項目申請、受理、審核等領域事件,并且根據不同領域事件,確定界限上下文并建立映射關系,最終構建平臺的領域模型。

2.2.2

微服務接口實現(xiàn)方式包括表述性狀態(tài)轉移(representational state transfer,REST)、簡單對象訪問協(xié)議(simple object access protocol,SOAP)以及遠程過程調用(remote procedure cal,RPC)等,本文采用REST方式實現(xiàn)微服務接口,它是微服務架構中最為成熟和最常用的接口設計方式。根據業(yè)務需求,本文設計了4種微服務接口模式。一是數(shù)據共享設計模式。多測合一成果共享服務接口采用該設計模式。二是聚合器設計模式。業(yè)務查詢和統(tǒng)計服務接口采用該設計模式。三是處理局部失敗設計模式。主要針對平臺交互過程中出現(xiàn)局部失敗問題的處理模式,如網絡超時、請求限制次數(shù)、提示信息回滾等服務。四是異步消息設計模式。工程建設項目進度查詢和測繪成果報告信息推送服務接口則采用該設計模式。多測合一業(yè)務統(tǒng)計聚合器設計模式示意圖如圖2所示。

圖2 多測合一業(yè)務統(tǒng)計聚合器設計模式示意圖

3 平臺功能微服務化

為了確保平臺功能滿足多測合一業(yè)務需求,首先,對業(yè)務流程進行分析,多測合一審批管理流程主要包括工程建設單位發(fā)出委托測繪申請、自然資源測繪管理部門對業(yè)務進行審批、測繪服務單位作業(yè)和提交成果以及成果入庫并在相關政府部門間共享應用;其次,總結業(yè)務流程中,常使用的功能服務模塊;最后對常用功能進行微服務化。

平臺功能微服務化是功能模塊按照領域大小進行拆分,形成多個單一功能且具有獨立數(shù)據庫的小型服務。在功能微服務化中要注意過度零散的微服務化容易增加服務間網絡通信開銷,增加服務部署和管理的難度。平臺以多測合一成果展示、共享以及業(yè)務審批管理為目標,以地理信息數(shù)據、多測合一測繪數(shù)據、工程建設項目數(shù)據等為信息來源,實現(xiàn)多測合一數(shù)據“一張圖”展示、業(yè)務全過程管理、移動監(jiān)督管理和多測合一成果共享管理等,按照領域驅動設計方法,對平臺的業(yè)務領域進行微服務化拆分。本文以“一張圖”展示功能模塊微服務化和業(yè)務全過程管理功能模塊微服務化為例,介紹功能微服務化的實現(xiàn)過程。平臺功能微服務化結構示意圖如圖3所示。

圖3 平臺功能微服務化結構示意圖

3.1 “一張圖”展示功能模塊微服務化

“一張圖”展示功能模塊微服務化有地圖服務展示微服務群和空間查詢統(tǒng)計微服務群,包含的領域有地形圖數(shù)據、影像圖數(shù)據、專題圖數(shù)據以及空間查詢統(tǒng)計等,根據領域模型設計要求和業(yè)務界限上下文劃分,主要包括了地形圖管理微服務、影像圖管理微服務、專題圖管理微服務、空間查詢微服務以及空間統(tǒng)計報表微服務。“一張圖”展示功能模塊微服務化示意圖如圖4所示。

3.2 業(yè)務全過程管理功能模塊微服務化

業(yè)務全過程管理功能模塊微服務化有業(yè)務審批微服務群、業(yè)務查詢統(tǒng)計微服務群以及業(yè)務成果管理微服務群,包含的領域有項目數(shù)據、審批數(shù)據、匯交數(shù)據以及業(yè)務受理、業(yè)務審批、業(yè)務查詢統(tǒng)計以及成果審核等,根據領域模型設計要求和業(yè)務界限上下文劃分,主要包括工程項目管理微服務、項目審批管理微服務以及任務查詢、統(tǒng)計微服務等。業(yè)務全過程管理功能模塊微服務化示意圖如圖5所示。

圖4 “一張圖”展示功能模塊微服務化示意圖

圖5 業(yè)務全過程管理功能模塊微服務化示意圖

4 平臺實現(xiàn)

4.1 平臺部署

基于OpenShift的多測合一信息管理平臺部署主要包括兩部分內容,一部分是主控節(jié)點部署,另一部分是業(yè)務節(jié)點部署。平臺部署結構示意圖如圖6所示。

圖6 平臺部署結構示意圖

4.1.1

主控節(jié)點包含了OpenShift集群的所有管理組件,負責集群的配置和維護工作,在主控節(jié)點運行的服務組件包括以下幾類：Web 控制臺、API Server、域名系統(tǒng)、調度控制器以及復制控制器。

4.1.2

業(yè)務節(jié)點主要接收主控節(jié)點指令,為OpenShift容器提供運行時環(huán)境。業(yè)務節(jié)點可以根據需要部署若干個,每個節(jié)點對應不同應用服務。本平臺部署主要包括主控節(jié)點和若干個業(yè)務節(jié)點,其中多測合一數(shù)據方面展示、查詢統(tǒng)計微服務以集群的方式部署2個節(jié)點,業(yè)務處理微服務部署2個節(jié)點,后期業(yè)務節(jié)點可以負載情況動態(tài)調整或擴展節(jié)點,從而滿足業(yè)務增長的需求。

4.2 功能展示

“一張圖”展示實現(xiàn)地理信息、工程建設項目信息在統(tǒng)一坐標下疊加顯示、二三維一體化顯示以及時空顯示,還可以進行點選查詢、空間查詢統(tǒng)計等,結果以柱狀圖、散點圖等的方式進行動態(tài)展示。網上服務大廳為公眾提供工程建設項目多測合一業(yè)務辦理工作,可以通過電腦端和智能手機端兩種方式辦理,實現(xiàn)了測繪服務查詢、項目委托以及網上繳費等功能。業(yè)務全過程管理主要實現(xiàn)了工程建設項目多測合一業(yè)務的審批、作業(yè)以及匯交管理。審批管理是對提交申請的內容進行核實,并將任務下發(fā)給測繪服務單位。作業(yè)管理是測繪服務單位根據自然資源部門下達的測繪任務,進行測繪,形成測繪成果和報告。匯交管理是將測繪成果匯交給職責涉及的部門進行審批,審批完成后,提交給自然資源部門。成果共享管理是通過內網將測繪成果推送至成果共享數(shù)據池,為不動產測繪、人防測繪、消防測繪等審批提供數(shù)據支撐,從而避免重復測繪,提高審批效率。運維管理是平臺運行的后臺維護,主要實現(xiàn)了用戶管理、權限控制以及日志管理等功能。

5 結束語

本文基于微服務框架搭建了多測合一信息管理平臺,探討了微服務構建的原則和框架設計,并詳細闡述了功能微服務化實現(xiàn),并將微服務單獨部署和運行在各自容器中。微服務間的通信和數(shù)據交換采用REST服務接口,對數(shù)據存取、業(yè)務處理以及共享交換等功能采用多節(jié)點集群的方式,提高服務的穩(wěn)定性、計算性以及高并發(fā)性,有效提高了平臺的擴展需求。同時也存在幾處難點,一是業(yè)務功能微服務化邊界判斷的復雜性;二是在提升平臺性能、縮短交付周期的同時,平臺集成開發(fā)和調試的難度大大加大。下一步平臺將重點研究微服務間通信能力強化和優(yōu)化多測合一基于領域模型的業(yè)務流程設計等問題,進一步提高業(yè)務審批效率,為工程建設項目審批改革提供技術保障。