氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務化改造及設計

◆崔磊 馮宇星 石鋒 趙瑞

氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務化改造及設計

◆崔磊1馮宇星1通訊作者石鋒2趙瑞1

（1.國家預警信息發(fā)布中心 北京 100081；2.中國氣象局減災司公眾處 北京 100081）

氣象信息決策支持系統(tǒng)是服務于國辦和應急管理部的決策業(yè)務系統(tǒng)，系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Web服務架構(gòu)開發(fā)，目前很難滿足面向山洪地質(zhì)災害防治和應急管理需求的行業(yè)服務應用，不能支撐各行業(yè)領域定制服務功能，因此需要以“微服務”架構(gòu)思想對系統(tǒng)進行功能升級改造，實現(xiàn)功能服務管理去中心化，系統(tǒng)部署獨立化，功能實現(xiàn)接口化，能夠靈活應對本地化和行業(yè)化需求?！拔⒎铡笔且环N架構(gòu)模式，屬于分布式架構(gòu)系統(tǒng)，具有跨語言、“易部署”等優(yōu)點，但“微服務”在對傳統(tǒng)系統(tǒng)應用改造中也有許多需要突破的難點。本文在對“微服務”架構(gòu)技術(shù)體系研究的基礎上，結(jié)合氣象信息決策支持系統(tǒng)的架構(gòu)及業(yè)務體系，給出了系統(tǒng)微服務化改造的設計方案。

微服務；分布式架構(gòu)；氣象信息決策支持系統(tǒng)；改造

2016年12月，國家發(fā)布《中共中央國務院關于推進防災減災救災體制機制改革的意見》（以下簡稱“《意見》”）文件，《意見》中指出：目前的突出問題是災害信息共享和防災減災救災資源統(tǒng)籌不足；注重災后救助向注重災前預防轉(zhuǎn)變，從應對單一災種向綜合減災轉(zhuǎn)變，從減少災害損失向減輕災害風險轉(zhuǎn)變。因此，2017年在國家預警發(fā)布中心領導的指導下，建設國家突發(fā)事件預警信息發(fā)布系統(tǒng)—氣象信息決策支持系統(tǒng)，為國家應急管理工作提供輔助支持。國家級氣象信息決策支撐系統(tǒng)依托“公有云”資源建設，以預警信息和突發(fā)事件為主線，以匯集的各部門數(shù)據(jù)為基礎，通過分析、挖掘氣象和經(jīng)濟社會大數(shù)據(jù)與災害事件間的相關關系，提供基于影響的預報預警信息，并實現(xiàn)可視化應用。

系統(tǒng)自2016年業(yè)務化運行以來，在密云火災、貴州山體滑坡、臺風利奇馬等百余次重大突發(fā)事件中，為國務院應急辦和應急管理部防災救災業(yè)務提供覆蓋災前、災中、災后的輔助決策支持服務，起到了很好的服務和應用效益。預報預警信息是自然資源、交通、電力、能源、森林火險等行業(yè)日常生產(chǎn)順利開展的重要參考資料。

目前系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Web服務架構(gòu)開發(fā)，很難滿足面向山洪地質(zhì)災害防治和應急管理需求的行業(yè)服務應用，不能支撐各行業(yè)領域定制服務功能，因此迫切需要解決系統(tǒng)可移植性差，需求變動成本高，不支持定制等方面的問題。

本文在研究“微服務”技術(shù)架構(gòu)基礎上，結(jié)合氣象信息決策支持系統(tǒng)的業(yè)務需求、架構(gòu)體系，設計了氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務化的改造方案，實現(xiàn)決策系統(tǒng)能夠靈活應對本地化和行業(yè)化需求，為國家應急決策提供有力支撐。

1 氣象信息決策支持系統(tǒng)現(xiàn)狀

國家級氣象信息決策支撐系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Web服務架構(gòu)開發(fā)，架構(gòu)自底向上分別建立了數(shù)據(jù)層、資源層、應用層、接口層和交互層?；诖思軜?gòu)，氣象信息決策支持系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)不斷豐富，研發(fā)了突發(fā)事件、氣象產(chǎn)品、熱點預警等各類服務產(chǎn)品。這樣的平臺架構(gòu)雖然滿足了業(yè)務需求，但是在各行業(yè)領域服務功能定制開發(fā)、“運維”過程中，存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）系統(tǒng)業(yè)務架構(gòu)缺少統(tǒng)一規(guī)劃，沒有標準接口，無法通過功能組合的方式快速響應新需求。

（2）部分業(yè)務重疊，業(yè)務流程相似，存在重復工作，成果復用率低。

（3）功能模塊耦合度高，代碼開發(fā)周期長，系統(tǒng)部署耗時，可伸縮性和靈活性差等問題。

因此，為了更好運用國家級氣象信息決策支撐系統(tǒng)現(xiàn)有成果，向各行業(yè)領域的氣象信息決策支持擴展服務。迫切要求以“微服務”架構(gòu)思想對系統(tǒng)進行功能升級改造，實現(xiàn)功能服務管理去中心化，系統(tǒng)部署獨立化，功能實現(xiàn)接口化，能夠靈活應對本地化和行業(yè)化需求。

2 “微服務”架構(gòu)

自2014年始，微服務（Microservice）概念開始火爆，各大技術(shù)“峰會”均以“微服務”為主題展開討論?！拔⒎铡奔軜?gòu)（Microservices Architecture，MSA）主要依賴領域驅(qū)動設計、敏捷方法論、持續(xù)交付、虛擬化和基礎設施自動化、DevOps這些內(nèi)容?！拔⒎铡奔軜?gòu)是把小的服務開發(fā)成單一應用的形式，運行在自己的進程中，并采用輕量級的機制進行通信，這些服務都圍繞業(yè)務能力來構(gòu)建，通過全自動部署工具來實現(xiàn)“獨立部署”[1-3]。這些服務可以使用不同的編程語言和不同的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，并保持最小化管理。因此，“微服務”架構(gòu)有以下好處：

（1）每個“微服務”都相對較?。阂子陂_發(fā)者理解；IDE反應更快，開發(fā)者更高效；Web容器啟動更快，開發(fā)者更高效，并提升了部署速度。

（2）每個服務都可以獨立部署，易于頻繁部署新版本的服務。

（3）易于伸縮開發(fā)組織結(jié)構(gòu)，提升故障隔離。

（4）每個服務可以單獨開發(fā)和部署

3 微服務化改造及設計

通過對“微服務”技術(shù)路線的深入研究，對氣象信息決策系統(tǒng)現(xiàn)有的功能模塊進行升級改造，下文按照“微服務”的架構(gòu)思想，設計了氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務化改造方案，并通過以下步驟實現(xiàn)。

3.1 確定改造原則

以“微服務”架構(gòu)思想對現(xiàn)有的功能模塊進行升級改造，需要遵循以下規(guī)則[4-5]：

（1）開發(fā)規(guī)范：遵循國家預警信息發(fā)布中心集約化業(yè)務管理辦法和開發(fā)規(guī)范，項目全部部署于集約化平臺，能夠提供可復用的數(shù)據(jù)、算法等接口服務。

（2）業(yè)務分解原則：按照領域驅(qū)動原則和單一職責原則，實現(xiàn)對所有業(yè)務的分解。

（3）部署原則：實現(xiàn)獨立部署，每個“微服務”獨立運行在各自的進程中，加快部署速度。

（4）輕量級通信：“微服務”間通信應采用輕量級的通信協(xié)議。

3.2 梳理數(shù)據(jù)服務現(xiàn)狀

通過對氣象信息決策支持系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務進行梳理，確定目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務包括四大類：預警信息服務、突發(fā)事件服務、氣象信息服務和基礎信息服務。預警信息服務包括獲取所有生效預警服務、獲取熱門預警數(shù)據(jù)排行服務、獲取31省及自治區(qū)預警數(shù)量排行服務等；突發(fā)事件服務包括獲取突發(fā)事件詳情數(shù)據(jù)服務、熱點預警分析服務等；氣象信息服務包括獲取氣溫、降水、雷達圖、云圖、臺風、“落區(qū)”數(shù)據(jù)等服務；基礎信息服務包括獲取船舶數(shù)據(jù)、交通擁堵數(shù)據(jù)、POI數(shù)據(jù)、河流水庫水位數(shù)據(jù)、城市預報數(shù)據(jù)等服務。

3.3 確定業(yè)務分解方案

將單體架構(gòu)的應用拆分為“微服務”時，應考慮“微服務”的顆粒度問題。根據(jù)“微服務”單一職責原則，結(jié)合氣象信息決策支持系統(tǒng)的業(yè)務場景及數(shù)據(jù)服務現(xiàn)狀情況，將系統(tǒng)功能分為四個“微服務”工程，分別為：預警信息服務工程、突發(fā)事件工程、氣象信息服務工程和基礎信息服務工程，并對四個“微服務”工程進一步分解為45個“微服務”，并按照國家預警信息發(fā)布中心的開發(fā)規(guī)范，對45個“微服務”進行代碼改造。基于“微服務”架構(gòu)的技術(shù)，氣象信息決策支持系統(tǒng)改造架構(gòu)如下圖1所示：

圖1 氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務化改造架構(gòu)圖

3.4 “微服務”功能測試

“微服務”架構(gòu)下，氣象信息決策支持系統(tǒng)拆分成很多個獨立運行的服務，這些微服務間通信采用輕量級的通信協(xié)議，采用REST服務進行通信，因此需要定義各種各樣的服務接口[5]。具體來說，在基于Spring Cloud的“微服務”模式中，各個“微服務”會基于Spring MVC的Controller定義多個該微服務需要向外部發(fā)布的接口。我們采用Swagger工具進行“微服務”接口測試。Swagger是一款基于YAML、JSON語言的文檔在線生成和代碼自動生成的工具，通過Swagger-UI就可以完成對所有接口的測試。

3.5 獨立部署

采用持續(xù)集成的方式進行“微服務”工程部署，持續(xù)集成滿足了“微服務”獨立、進程隔離的特點[6]，為“微服務”提供了開發(fā)、測試、構(gòu)建、部署與運維一整套自動化流水線。系統(tǒng)部署時，考慮容災備份，實現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)點的雙機備份和容災，避免單點故障。

4 結(jié)語

在深刻理解“微服務”技術(shù)架構(gòu)的基礎上，本文結(jié)合氣象信息決策支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程和業(yè)務場景，研究設計了微服務化的升級改造方案，通過確定改造原則、梳理數(shù)據(jù)流程現(xiàn)狀、確定業(yè)務分解方案、功能測試及部署五個步驟，實現(xiàn)對氣象信息決策支持系統(tǒng)的微服務化，從而進一步實現(xiàn)系統(tǒng)功能能夠靈活應對本地化和行業(yè)化需求。

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