基于SpringBoot微服務(wù)架構(gòu)的城市一卡通手機(jī)充值支撐系統(tǒng)研究

溫曉麗+蘇浩偉+陳歡+鄒大畢

摘要：基于微服務(wù)架構(gòu)而構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)是將復(fù)雜的大系統(tǒng)分解成了一系列小的單獨(dú)的子服務(wù)系統(tǒng)，這些子服務(wù)系統(tǒng)可以單獨(dú)部署發(fā)布，也可以組合成一個(gè)應(yīng)用發(fā)布。伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展，相應(yīng)的服務(wù)系統(tǒng)更新迭代頻繁，采用微服務(wù)架構(gòu)之后的系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)這種需求不斷迭代更新的應(yīng)用場(chǎng)景。城市一卡通手機(jī)充值系統(tǒng)是城市一卡通公司在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，同樣地面臨著業(yè)務(wù)不斷快速迭代更新的需求，基于此，進(jìn)行城市一卡通手機(jī)充值支撐系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中采用了基于SpringBoot微服務(wù)架構(gòu)的研究是必要和有參考意義的。

關(guān)鍵詞：交通信息化：手機(jī)充值；體系架構(gòu)；微服務(wù)

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2017.9.014

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，在信息系統(tǒng)建設(shè)方面，傳統(tǒng)IT架構(gòu)面臨著以下一些問(wèn)題：

1）使用傳統(tǒng)的整體式架構(gòu)（M。n olithicArchitecture）應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)，如CRM、ERP等大型應(yīng)用，隨著新需求的不斷增加，企業(yè)更新和修復(fù)大型整體式應(yīng)用變得越來(lái)越困難。在系統(tǒng)更新時(shí)，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，稍有不慎就可能帶來(lái)大的損失。

2）隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)被迫將其應(yīng)用遷移至現(xiàn)代化UI界面架構(gòu)以便能兼容移動(dòng)設(shè)備，這要求企業(yè)能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能的快速上線，而傳統(tǒng)IT架構(gòu)在系統(tǒng)快速迭代更新方面難度較大。

3）隨著應(yīng)用云化的日益普及，生于云端的應(yīng)用具有與傳統(tǒng)IT不同的技術(shù)基因和開發(fā)運(yùn)維模式，此時(shí)再生搬硬套傳統(tǒng)IT架構(gòu)往往會(huì)產(chǎn)生適得其反的效果。

4）移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展，云計(jì)算及互聯(lián)網(wǎng)公司大量開源輕量級(jí)技術(shù)不停涌現(xiàn)并日漸成熟，主要為如下幾方面：互聯(lián)網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)更加成熟，輕量級(jí)運(yùn)行時(shí)技術(shù)的出現(xiàn)（node.js等），新的方法與工具（Agile、DevOps、TDD、CI及XP），新的輕量級(jí)協(xié)議（RESTful API接口和輕量級(jí)消息機(jī)制），簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)設(shè)施，操作系統(tǒng)虛擬化（hypervisors）、容器化（Docker）、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（laaS）、工作負(fù)載虛擬化（Kubernetes、Spark）等；服務(wù)平臺(tái)化（PaaS），云服務(wù)平臺(tái)上具有自動(dòng)縮放、工作負(fù)載管理、SLA管理、消息機(jī)制、緩存、構(gòu)建管理等各種按需使用的服務(wù)，新的可替代數(shù)據(jù)持久化模型：如NoSQL、MapReduce、BASE、CQRS等，標(biāo)準(zhǔn)化代碼管理等。

這一切都催生了新的架構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)格，即微服務(wù)架構(gòu)的出現(xiàn)。

1 微服務(wù)架構(gòu)概述

微服務(wù)是一種架構(gòu)風(fēng)格，一個(gè)大型復(fù)雜軟件應(yīng)用由一個(gè)或多個(gè)微服務(wù)組成。系統(tǒng)中的各個(gè)微服務(wù)可被獨(dú)立部署，各個(gè)微服務(wù)之間是松耦合的。每個(gè)微服務(wù)僅關(guān)注于完成一件任務(wù)并很好地完成該任務(wù)。在所有情況下，每個(gè)任務(wù)代表著一個(gè)小的業(yè)務(wù)能力。

微服務(wù)具備彈性和伸縮性。微服務(wù)不只依賴單個(gè)服務(wù)器和部署，它們可以被發(fā)布到多個(gè)機(jī)器上，或者多個(gè)數(shù)據(jù)中心及其它任何可用的區(qū)域。如果一個(gè)服務(wù)失效，可以啟動(dòng)另外一個(gè)。因?yàn)檎麄€(gè)應(yīng)用被分解成了微服務(wù)（小型服務(wù)），可以很容易地對(duì)其中某些熱門的服務(wù)進(jìn)行橫向擴(kuò)展。

微服務(wù)一般會(huì)提供基于HTTP/JSON的API端點(diǎn)。這樣可以很容易地與其它服務(wù)（開源或閉源的）集成，只要這些服務(wù)提供了HTTP/JSON接口。服務(wù)可以通過(guò)更有意義的方式被消費(fèi)、被組合。

1.1 與整體架構(gòu)的比較

整體架構(gòu)把所有功能都放到一個(gè)進(jìn)程中，如圖1所示，其中每個(gè)形狀塊代表一個(gè)功能；而微服務(wù)架構(gòu)會(huì)將不同的功能放置到分離的多個(gè)服務(wù)進(jìn)程中，如圖2所示。

在系統(tǒng)服務(wù)能力需要擴(kuò)展時(shí)，采用整體架構(gòu)的系統(tǒng)只能復(fù)制整個(gè)系統(tǒng)到多個(gè)服務(wù)器上，如圖3所示：而采用微服務(wù)架構(gòu)的系統(tǒng)則僅根據(jù)不同服務(wù)的服務(wù)負(fù)載能力需求來(lái)決定復(fù)制到多少個(gè)服務(wù)器上，如圖4所示。

1.2 微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

1）每個(gè)服務(wù)都比較簡(jiǎn)單，只關(guān)注于一個(gè)業(yè)務(wù)功能；

2）微服務(wù)架構(gòu)方式是松耦合的，可以提供更高的靈活性；

3）微服務(wù)可通過(guò)最佳及最合適的不同的編程語(yǔ)言與工具進(jìn)行開發(fā)，能夠做到有的放矢地解決針對(duì)性問(wèn)題：

4）每個(gè)微服務(wù)可由不同團(tuán)隊(duì)獨(dú)立開發(fā)，互不影響，加快推出市場(chǎng)的速度；

5）微服務(wù)架構(gòu)是持續(xù)交付（CD）的巨大推動(dòng)力，允許在頻繁發(fā)布不同服務(wù)的同時(shí)保持系統(tǒng)其他部分的可用性和穩(wěn)定性。

1.3 微服務(wù)架構(gòu)的缺點(diǎn)

微服務(wù)的一些想法在實(shí)踐上是好的，但當(dāng)整體實(shí)現(xiàn)時(shí)也會(huì)呈現(xiàn)出其復(fù)雜性，主要約束性體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1）運(yùn)維開銷及成本增加：整體應(yīng)用可能只需部署至一小片應(yīng)用服務(wù)區(qū)集群，而微服務(wù)架構(gòu)可能變成需要構(gòu)建/測(cè)試部署、運(yùn)行數(shù)十個(gè)獨(dú)立的服務(wù)，并可能需要支持多種語(yǔ)言和環(huán)境。

2）代碼重復(fù)：某些底層功能需要被多個(gè)服務(wù)所用，為了避免將“同步耦合引入到系統(tǒng)中”，有時(shí)需要向不同服務(wù)添加一些代碼，這就會(huì)導(dǎo)致代碼重復(fù)。

3）分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性：作為一種分布式系統(tǒng)，微服務(wù)引入了復(fù)雜性和其他若干問(wèn)題，例如網(wǎng)絡(luò)延遲、容錯(cuò)性、消息序列化、不可靠的網(wǎng)絡(luò)、異步機(jī)制、版本化、差異化的工作負(fù)載等，開發(fā)人員需要考慮以上的分布式系統(tǒng)問(wèn)題。

4）可測(cè)性的挑戰(zhàn)：在動(dòng)態(tài)環(huán)境下服務(wù)間的交互會(huì)產(chǎn)生非常微妙的行為，難以可視化及全面測(cè)試。經(jīng)典微服務(wù)往往不太重視測(cè)試，更多的是通過(guò)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境的異常，進(jìn)而快速回滾或采取其他必要的行動(dòng)。但對(duì)于特別在意風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避監(jiān)管或投產(chǎn)環(huán)境錯(cuò)誤會(huì)產(chǎn)生顯著影響的場(chǎng)景下需要特別注意。

1.4 哪些應(yīng)用系統(tǒng)適用微服務(wù)架構(gòu)

1）記錄型系統(tǒng)（System of Record）適用微服務(wù)架構(gòu)，例如可將大型應(yīng)用按相對(duì)獨(dú)立的業(yè)務(wù)功能分解成若干個(gè)微服務(wù)實(shí)現(xiàn)。endprint

2）交互型系統(tǒng)（System of Engagement）也較為適用微服務(wù)架構(gòu)，例如渠道應(yīng)用可以應(yīng)用“后端服務(wù)前端”的模式實(shí)現(xiàn)。

3）分析型系統(tǒng)（System of Insight）則不適用于微服務(wù)架構(gòu)，其適用于其他架構(gòu)模式如管道及過(guò)濾模式。

2 Spring Boot分析

2.1 Spring Boot概述

Spring Boot是Java領(lǐng)域中知名的微服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)架框架，是由Pivotal團(tuán)隊(duì)提供的?；赟pring Boot框架，Java應(yīng)用程序的構(gòu)建簡(jiǎn)單易行。該框架具有以下特點(diǎn)：

1）簡(jiǎn)單的庫(kù)依賴管理，基于Maven配置文件，即可實(shí)現(xiàn)相關(guān)依賴庫(kù)的配置；

2）自動(dòng)配置，框架自動(dòng)負(fù)責(zé)了大部分常規(guī)的配置，開發(fā)者無(wú)需手工配置：

3）內(nèi)嵌支持Web服務(wù)，易于發(fā)布為單獨(dú)web服務(wù)。

2.2 Spring Boot優(yōu)點(diǎn)

正是由于上述特點(diǎn)，使得Spring Boot有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）使編碼變簡(jiǎn)單。借助框架提供的各種注解（Annotation），較少的編碼即可實(shí)現(xiàn)豐富的服務(wù)功能。比如基于JPA框架的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，僅需聲明一個(gè)接口及相關(guān)函數(shù)定義（無(wú)需編寫實(shí)現(xiàn)），即可在其他進(jìn)行調(diào)用。

2）使配置變簡(jiǎn)單。Spring有多種多樣的XMLConfig。Java Config或注解配置；而Boot僅需簡(jiǎn)單的properties或yml文件配置。

3）使部署變簡(jiǎn)單。Boot可以將程序打包成一個(gè)jar文件，一鍵啟動(dòng)，無(wú)需預(yù)部署各種應(yīng)用服務(wù)器。同時(shí)，它對(duì)運(yùn)行環(huán)境的基本要求降低了，僅需JDK即可。

4）使監(jiān)控變簡(jiǎn)單。通過(guò)Boot中的spring-boot-actuator庫(kù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的監(jiān)控，可以通過(guò)http請(qǐng)求來(lái)查看其屬性配置、線程工作狀態(tài)、環(huán)境變量、JVM各種性能指標(biāo)等。

由于微服務(wù)的目的在于化解整體架構(gòu)服務(wù)的復(fù)雜性，以簡(jiǎn)單快速的方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)、部署和變更。因此，Spring Boot的上述特點(diǎn)正好服務(wù)微服務(wù)構(gòu)建需求，同時(shí)Spring Boot還提供了形式多樣的庫(kù)（以spring-boot-開頭） ，支持JPA、RESTFul、Docker等技術(shù)，更便于各種微服務(wù)的構(gòu)建。

3 微服務(wù)架構(gòu)在城市一卡通手機(jī)充值支撐系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 總體架構(gòu)

城市一卡通手機(jī)充值支撐系統(tǒng)是城市一卡通NFC手機(jī)充值的業(yè)務(wù)后端系統(tǒng)，其功能主要包括：

1）負(fù)責(zé)與前端系統(tǒng)對(duì)接，完成城市一卡通卡賬戶資金支付功能：

2）負(fù)責(zé)與前端系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)城市一卡通卡圈存充值功能：

3）負(fù)責(zé)與第三方支付系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)賬戶資金轉(zhuǎn)賬加值功能、賬單下載和對(duì)賬文件生成功能：

4）負(fù)責(zé)與客服受理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)用戶訂單管理等客服受理功能。

3.2 微服務(wù)應(yīng)用

基于城市一卡通手機(jī)充值支撐系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，其需要提供以下具體服務(wù)功能：

1）內(nèi)部服務(wù)功能：對(duì)接內(nèi)部聯(lián)機(jī)核心系統(tǒng)，提供城市一卡通卡充值金賬戶查詢、充值金賬戶操作（加值、凍結(jié)、解凍等）等功能：

2）基礎(chǔ)查詢服務(wù)：對(duì)外提供城市一卡通卡相關(guān)的查詢類服務(wù)：

3）充值金商品服務(wù)系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)城市一卡通卡充值金賬戶加值訂單相關(guān)服務(wù)功能，包括訂單創(chuàng)建、訂單查詢、訂單支付通知處理等：

4）訂單支付服務(wù)：對(duì)接第三方支付系統(tǒng)，負(fù)責(zé)第三方支付的訂單創(chuàng)建、支付通知處理等服務(wù)功能；

5）圈存服務(wù)系統(tǒng)：對(duì)接前端服務(wù)系統(tǒng)（或第三方合作商系統(tǒng)），提供城市一卡通卡圈存充值交互的相關(guān)功能，包括圈存訂單創(chuàng)建、圈存初始化、圈存以及圈存提交等功能；它還負(fù)責(zé)與圈存后臺(tái)交互，傳輸相關(guān)指令數(shù)據(jù)：

6）對(duì)賬服務(wù)：對(duì)接第三方支付系統(tǒng)，負(fù)責(zé)充值賬單的下載和對(duì)賬處理。

由此可見，上述功能相對(duì)獨(dú)立，適于引入微服務(wù)架構(gòu)。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了微服務(wù)架構(gòu)，每個(gè)微服務(wù)均開放出REST API供前端或者其他系統(tǒng)調(diào)用，微服務(wù)之間的交互也是通過(guò)REST API進(jìn)行交互，其微服務(wù)架構(gòu)圖如圖5所示。

基于此微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，我們利用Spring Boot構(gòu)建了城市一卡通手機(jī)充值支撐系統(tǒng)的多個(gè)微服務(wù)系統(tǒng)，并成功在廣州羊城通的手機(jī)QQ NFC充值、手環(huán)充值等項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐，實(shí)踐結(jié)果是該微服務(wù)架構(gòu)是可行、有效的。

4 結(jié)論

本文首先介紹了微服務(wù)及架構(gòu)的發(fā)展背景以及其概念，并闡述了其特點(diǎn)及其適應(yīng)場(chǎng)景。其次，介紹了Spring Boot相關(guān)知識(shí)和架構(gòu)特點(diǎn)，闡述其為什么是一個(gè)適于微服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)的框架。最后介紹了如何利用微服務(wù)架構(gòu)開展城市一卡通手機(jī)充值支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)，充分利用了Spring Boot框架的優(yōu)點(diǎn)。

我們?cè)谖⒎?wù)架構(gòu)實(shí)踐上，還處于初步階段，未來(lái)在進(jìn)一步應(yīng)用方面還有廣闊的發(fā)展空間，我們將在后續(xù)的系統(tǒng)演變過(guò)程中進(jìn)一步深入優(yōu)化，以期構(gòu)建更加完善的城市一卡通手機(jī)充值服務(wù)系統(tǒng)。

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