成天龍 許維勝

摘? ?要：面對(duì)新形勢(shì)下高校教學(xué)業(yè)務(wù)改革以及本研一體化教務(wù)融合趨勢(shì)，傳統(tǒng)教務(wù)系統(tǒng)采用的單塊架構(gòu)已無法應(yīng)對(duì)日益增長且快速變化的新需求。本文提出一種基于微服務(wù)架構(gòu)的一體化教務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)并研究其關(guān)鍵問題，結(jié)合一體化教務(wù)理念，分析單塊架構(gòu)運(yùn)行缺陷，給出教務(wù)系統(tǒng)向微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)型的方案，研究微服務(wù)粒度與劃分原則，并對(duì)新老教務(wù)系統(tǒng)遷移過程提出平滑過渡方法。最后通過同濟(jì)大學(xué)教務(wù)系統(tǒng)實(shí)際案例，具體展示微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)型實(shí)踐中的實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：一體化教務(wù)系統(tǒng);微服務(wù)架構(gòu);微服務(wù)粒度和服務(wù)劃分;平滑過渡

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2019）05-0073-05

一、引言

圍繞創(chuàng)建世界一流大學(xué)的目標(biāo)，高校教學(xué)改革日新月異，如：人才分類培養(yǎng)模式、本科新生導(dǎo)師制、本研課程互選、拔尖學(xué)生培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、大類招生改革、國際交流合作創(chuàng)新等。同時(shí)，目前高校的本科生、研究生教務(wù)管理仍處于相對(duì)分散獨(dú)立的狀態(tài)，且相應(yīng)的教務(wù)管理系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的單塊架構(gòu)或SOA架構(gòu)。這導(dǎo)致教務(wù)管理系統(tǒng)的需求響應(yīng)速度已趕不上高校業(yè)務(wù)需求變化速度，且無法支撐實(shí)現(xiàn)充分的教育資源共享。

微服務(wù)（Microservices）架構(gòu)作為當(dāng)下流行的一種云原生的軟件架構(gòu)風(fēng)格，能夠以更加靈活、輕便、松耦合的方式來構(gòu)建復(fù)雜的應(yīng)用[3]，為傳統(tǒng)教務(wù)系統(tǒng)單塊架構(gòu)的轉(zhuǎn)型，提供了可行的技術(shù)路線。本文基于微服務(wù)架構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)單塊型教務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)轉(zhuǎn)型進(jìn)行研究，按照微服務(wù)架構(gòu)思想，拆分一體化教務(wù)系統(tǒng)為多個(gè)小而自治、協(xié)同工作的服務(wù)實(shí)體，化大而復(fù)雜為小而簡單，有效降低系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯之間的耦合，提升系統(tǒng)的靈活性與擴(kuò)展性，使其能夠有效支撐本研業(yè)務(wù)融合與一體化教務(wù)系統(tǒng)建設(shè)工作。

二、一體化教務(wù)理念

1.理念思想

一體化教務(wù)理念涵蓋對(duì)本科生、研究生的統(tǒng)一教務(wù)管理思想，追求本、碩、博教學(xué)資源的統(tǒng)一調(diào)配與共享。整體規(guī)劃本研教學(xué)業(yè)務(wù)，以一體化教學(xué)模型和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，一體化服務(wù)和管理為導(dǎo)向，以穩(wěn)定開放的平臺(tái)為運(yùn)行支撐，借助彈性靈活的系統(tǒng)架構(gòu)，搭建柔性伸縮應(yīng)用，打通高校各部門業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)跨部門業(yè)務(wù)融合與數(shù)據(jù)共享，構(gòu)建一體化教學(xué)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)本研教育貫通式培養(yǎng)[1]。

2.具體表現(xiàn)形式

（1）模型數(shù)據(jù)一體化。整體構(gòu)建教學(xué)業(yè)務(wù)模型數(shù)據(jù)，綜合設(shè)計(jì)本研學(xué)生的一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用數(shù)據(jù)交換引擎實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、共享，構(gòu)建統(tǒng)一教學(xué)數(shù)據(jù)庫。采用連續(xù)信息模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分段式管理，按需組裝，能夠展現(xiàn)學(xué)生教學(xué)信息全貌與全生命周期下的教學(xué)事件節(jié)點(diǎn)等。劃分業(yè)務(wù)模型，包含資源類與功能類。資源類模型包含教學(xué)業(yè)務(wù)實(shí)體，相對(duì)獨(dú)立，不相互依賴，屬于下層模型，包括人員全生命周期、課程等;功能類模型依賴于資源類模型，屬于上層模型，其與教務(wù)業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，包括學(xué)籍管理、培養(yǎng)方案、排課、選課、考試、成績等。

（2）服務(wù)管理一體化?；谝惑w化教務(wù)整體規(guī)劃，突出學(xué)生培養(yǎng)模式和教學(xué)管理個(gè)性化特點(diǎn)，對(duì)本研教務(wù)從頂層設(shè)計(jì)角度進(jìn)行業(yè)務(wù)融合，形成整套一體化教學(xué)管理與服務(wù)系統(tǒng)。采用靈活的微服務(wù)架構(gòu)，建設(shè)服務(wù)中心，實(shí)現(xiàn)教學(xué)服務(wù)注冊(cè)、管理、發(fā)布、監(jiān)控等。構(gòu)建優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定、高效的信息化教學(xué)服務(wù)體系，為教職工、學(xué)生提供“一站式”的教學(xué)服務(wù)，提供服務(wù)搜索、收藏、定制功能以及跨終端的服務(wù)體驗(yàn)。

（3）教學(xué)資源一體化。統(tǒng)一管理本、碩、博的課程、教師、教室、設(shè)備等教學(xué)資源，合理調(diào)配師生教學(xué)業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中的資源流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)資源共享與資源利用率最優(yōu)化。

（4）應(yīng)用開發(fā)一體化。構(gòu)建校園教學(xué)服務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，打造應(yīng)用開發(fā)生態(tài)圈，提供應(yīng)用服務(wù)全生命周期管理。面向校內(nèi)應(yīng)用開發(fā)者、體驗(yàn)者全面開放平臺(tái)，提供標(biāo)準(zhǔn)接口。支持與公共數(shù)據(jù)平臺(tái)、校園卡等其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)無縫對(duì)接。

（5）界面入口一體化。提供統(tǒng)一的本科生、研究生訪問入口，集成高校內(nèi)部統(tǒng)一身份認(rèn)證，支持和其它校內(nèi)系統(tǒng)之間的SSO單點(diǎn)登錄，面向不同身份用戶提供風(fēng)格一致的界面效果和使用體驗(yàn)。

（6）報(bào)表統(tǒng)計(jì)一體化。提供一體化的報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)本、碩、博學(xué)生和教職工等各項(xiàng)評(píng)價(jià)、監(jiān)控指標(biāo)提供豐富的報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能，提供師生學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量等信息，為學(xué)校調(diào)整人才培養(yǎng)方案提供決策支持。[2]

三、微服務(wù)架構(gòu)簡介

1.微服務(wù)架構(gòu)定義

微服務(wù)架構(gòu)是當(dāng)下流行的軟件架構(gòu)風(fēng)格。[3]該架構(gòu)將復(fù)雜的單塊應(yīng)用分解成一組小而專一、耦合度低、高度自治的服務(wù);每個(gè)服務(wù)圍繞各自業(yè)務(wù)功能確定服務(wù)邊界，獨(dú)立開發(fā)、測(cè)試、部署;每個(gè)服務(wù)都是單獨(dú)的應(yīng)用，運(yùn)行于獨(dú)立進(jìn)程中;使用和語言無關(guān)的輕量級(jí)通信機(jī)制，相互協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)完整系統(tǒng)功能;每個(gè)服務(wù)僅關(guān)注和完成某個(gè)特定功能，一個(gè)功能代表一個(gè)小的業(yè)務(wù)能力。

2.微服務(wù)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

微服務(wù)架構(gòu)通過有效拆分復(fù)雜單塊應(yīng)用，降低系統(tǒng)耦合度，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用敏捷開發(fā)和靈活擴(kuò)展。越是在規(guī)模龐大的軟件項(xiàng)目中，微服務(wù)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)就越明顯。[4]首先體現(xiàn)在獨(dú)立性方面，每個(gè)服務(wù)都是松散耦合的，有明確的業(yè)務(wù)邊界，低耦拆分的服務(wù)在開發(fā)、測(cè)試、部署階段都能帶來更高效率，使業(yè)務(wù)變更成本與風(fēng)險(xiǎn)更低。其次是技術(shù)選擇更為靈活，由于微服務(wù)采用語言無關(guān)的API進(jìn)行相互通信，因而不同服務(wù)可以針對(duì)業(yè)務(wù)特性和團(tuán)隊(duì)技能使用不同語言框架進(jìn)行開發(fā)，使得技術(shù)轉(zhuǎn)型成本降低。再次是系統(tǒng)復(fù)用性和伸縮性更強(qiáng)，微服務(wù)能將已有代碼、對(duì)象和模塊的復(fù)用轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)的復(fù)用，降低項(xiàng)目成本，并可針對(duì)特定服務(wù)獨(dú)立伸縮。最后是服務(wù)容錯(cuò)性更高，微服務(wù)通常使用Docker容器獨(dú)立部署，進(jìn)程隔離，每個(gè)服務(wù)獨(dú)立運(yùn)行，某個(gè)服務(wù)出現(xiàn)故障也不會(huì)影響其它服務(wù)正常工作。[5]

四、微服務(wù)架構(gòu)在一體化教務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.傳統(tǒng)教務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)與缺陷

高校傳統(tǒng)教務(wù)系統(tǒng)由于架構(gòu)形成時(shí)期較早，因此大多采用單塊架構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)僅以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能為目的，將所有功能集中在同一工程內(nèi)部，業(yè)務(wù)邏輯耦合緊密。隨著教學(xué)業(yè)務(wù)改革，單塊架構(gòu)下的教務(wù)系統(tǒng)缺點(diǎn)也愈發(fā)明顯：①需求變更困難。無法滿足新業(yè)務(wù)需求快速上線，難以在原有復(fù)雜工程上開發(fā)新功能。②擴(kuò)展性差。只能基于整個(gè)系統(tǒng)擴(kuò)展，無法針對(duì)特定功能模塊按需擴(kuò)展。③可靠性差。某個(gè)模塊故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)宕機(jī)，影響其它正常模塊運(yùn)行。④維護(hù)成本高。只有原開發(fā)者才理解工程結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)，新成員難以維護(hù)工程。

2.微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)型方式

單塊架構(gòu)無法應(yīng)對(duì)本研一體化教務(wù)融合所帶來的復(fù)雜性，為此采用微服務(wù)對(duì)其進(jìn)行架構(gòu)轉(zhuǎn)型。如圖2所示，左側(cè)為傳統(tǒng)教務(wù)系統(tǒng)單塊架構(gòu)，所有功能模塊均運(yùn)行于單個(gè)進(jìn)程內(nèi)，緊耦合，不易擴(kuò)展，靈活性差;右側(cè)為轉(zhuǎn)型后的教務(wù)系統(tǒng)微服務(wù)架構(gòu)，不同業(yè)務(wù)作為服務(wù)分散于不同進(jìn)程中，每個(gè)服務(wù)進(jìn)程功能完整且獨(dú)立自治，能夠單獨(dú)輸出業(yè)務(wù)能力，松耦合，易于擴(kuò)展且更為靈活。隨著一體化教務(wù)理念帶來的系統(tǒng)重組與業(yè)務(wù)融合，教務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)復(fù)雜度將不斷增大，此時(shí)采用微服務(wù)架構(gòu)所帶來的松耦合優(yōu)勢(shì)將愈發(fā)明顯。

3.微服務(wù)架構(gòu)平滑過渡

微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)型需要注意新老系統(tǒng)之間的平滑過渡，保證業(yè)務(wù)流程協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)完全替換。老系統(tǒng)遷移過渡可參考下述步驟：①定義范圍。明確業(yè)務(wù)改造范圍，選取業(yè)務(wù)范圍影響較小、非關(guān)鍵功能進(jìn)行業(yè)務(wù)試點(diǎn)，明確成員責(zé)任范圍，確保改造目標(biāo)清晰。②功能剝離。將功能從原系統(tǒng)拆分出來，并構(gòu)建新服務(wù)，在原系統(tǒng)前端使用代理機(jī)制，使用遺留系統(tǒng)和新服務(wù)組合為用戶提供服務(wù)。③數(shù)據(jù)解耦。從原有單塊架構(gòu)數(shù)據(jù)庫中剝離相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，盡量滿足對(duì)于每個(gè)服務(wù)有獨(dú)立、隔離的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。④數(shù)據(jù)同步。對(duì)于復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯，改造時(shí)間和成本較大，可能在較長時(shí)間內(nèi)，由于新服務(wù)獨(dú)立出來導(dǎo)致無法同其它現(xiàn)有系統(tǒng)協(xié)作，此時(shí)可采用將新服務(wù)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同步回原系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，保障原有功能可繼續(xù)使用。

五、微服務(wù)粒度與服務(wù)劃分原則

1.微服務(wù)粒度

服務(wù)劃分是微服務(wù)架構(gòu)實(shí)施的重要一步，良好的服務(wù)拆分能使系統(tǒng)保持松耦合、高內(nèi)聚。服務(wù)劃分旨在“按照業(yè)務(wù)領(lǐng)域組件創(chuàng)建服務(wù)，使服務(wù)獨(dú)立開發(fā)、管理和擴(kuò)展”，即對(duì)業(yè)務(wù)領(lǐng)域功能按照組件形式進(jìn)行拆分，其關(guān)鍵是業(yè)務(wù)領(lǐng)域組件所含業(yè)務(wù)邊界大小，即服務(wù)粒度。

合理的服務(wù)粒度是保證微服務(wù)架構(gòu)高效運(yùn)行的重要因素。粒度過細(xì)會(huì)導(dǎo)致服務(wù)數(shù)量過多，交互關(guān)系復(fù)雜，系統(tǒng)集成效率和可用性降低，后期難以維護(hù);反之，粒度太粗，會(huì)導(dǎo)致解耦不足，多個(gè)服務(wù)邏輯相互耦合，無法滿足上層對(duì)某個(gè)細(xì)分服務(wù)的使用需求，缺乏靈活性。因此，服務(wù)粒度太細(xì)或太粗均不合理，原則上應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求，能夠滿足上層對(duì)所劃分服務(wù)自由編排從而獲得更多業(yè)務(wù)能力。

微服務(wù)粒度與軟件代碼行數(shù)無關(guān)，“微”并不是限定服務(wù)的代碼工程規(guī)模，而是限定服務(wù)所包含的業(yè)務(wù)功能范圍。每個(gè)服務(wù)包含的業(yè)務(wù)邏輯需滿足“單一且完整”規(guī)則[6]：①“單一”規(guī)則。強(qiáng)調(diào)業(yè)務(wù)功能原子性。單個(gè)服務(wù)中不應(yīng)存在兩部分完全無關(guān)或互不影響的邏輯，否則應(yīng)把這兩部分邏輯拆開，也就是說只要與實(shí)現(xiàn)某單一業(yè)務(wù)功能無關(guān)的邏輯，則應(yīng)將其分離到它應(yīng)該屬于的服務(wù)中去?！皢我弧币?guī)則用于限定微服務(wù)粒度的上限。②“完整”規(guī)則。強(qiáng)調(diào)業(yè)務(wù)功能完備性。如果說合適粒度的服務(wù)完成一項(xiàng)“任務(wù)”，則不應(yīng)將該服務(wù)持續(xù)細(xì)分而使得更小粒度服務(wù)演變?yōu)橥瓿蛇@項(xiàng)“任務(wù)”所需的一個(gè)“步驟”，也就是說只要是實(shí)現(xiàn)某單一業(yè)務(wù)功能所需的邏輯，則都應(yīng)放在同一服務(wù)內(nèi)，而不應(yīng)放在其它服務(wù)中被調(diào)用?！巴暾币?guī)則用于限定微服務(wù)粒度的下限。

2.服務(wù)劃分原則

服務(wù)劃分沒有普適的方法，而是根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)綜合考慮多個(gè)因素。按照業(yè)務(wù)領(lǐng)域組件思想，服務(wù)首先要根據(jù)業(yè)務(wù)功能拆分，直到每個(gè)服務(wù)滿足功能“單一且完整”要求。具體來說，首先通過系統(tǒng)交互流程分析，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部流程分解到具體業(yè)務(wù)功能組件，識(shí)別出最細(xì)粒度的業(yè)務(wù)功能單元，再按照高內(nèi)聚、松耦合原則，從底向上進(jìn)行服務(wù)聚合，盡量保證各個(gè)服務(wù)之間交互最少，最后根據(jù)各個(gè)服務(wù)模塊功能特性，多次迭代調(diào)整得到最佳的滿足高內(nèi)聚、松耦合條件的服務(wù)劃分。對(duì)于公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)通用模塊，采用共性下沉的策略單獨(dú)劃分。

實(shí)際開發(fā)中，為了項(xiàng)目前期快速進(jìn)行服務(wù)識(shí)別，一個(gè)有價(jià)值的服務(wù)劃分方法是：首先分析該業(yè)務(wù)系統(tǒng)承載的主體業(yè)務(wù)流程是什么，然后分析這個(gè)業(yè)務(wù)流程可以橫向劃分為哪幾個(gè)獨(dú)立階段，將這些獨(dú)立階段劃分為不同的服務(wù)，再根據(jù)每個(gè)服務(wù)自有特性進(jìn)行分析修正。以一體化教務(wù)系統(tǒng)為例，其承載主體業(yè)務(wù)流程為學(xué)生的全生命周期教學(xué)管理，大致可以橫向劃分為迎新報(bào)到、學(xué)籍注冊(cè)、培養(yǎng)方案、排課、選課、考試、成績、實(shí)踐、學(xué)位等階段，因此可先按上述階段進(jìn)行服務(wù)劃分，再對(duì)每個(gè)服務(wù)獨(dú)自調(diào)整。對(duì)于公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如學(xué)生、教師、課程、教學(xué)資源等，按照共性下沉策略單獨(dú)拆分微服務(wù)。同理，系統(tǒng)通用模塊，如會(huì)話管理、流程管理等，也需獨(dú)立劃分。

總體來講，服務(wù)劃分不能只從技術(shù)角度出發(fā)，而要面向業(yè)務(wù)、分而治之，綜合考慮以下各方面因素。

（1）業(yè)務(wù)因素。首先從業(yè)務(wù)角度確定劃分方案。服務(wù)邊界要充分考慮業(yè)務(wù)獨(dú)立性和專業(yè)性，比如教務(wù)系統(tǒng)中的課程管理、選課等服務(wù)，按照業(yè)務(wù)對(duì)象和業(yè)務(wù)行為合理拆分服務(wù)邊界。

（2）自給自足。明確服務(wù)分工，確保每個(gè)服務(wù)僅包含自身所需處理邏輯，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)邏輯、消息發(fā)送接收等。保障服務(wù)運(yùn)行自給自足，相對(duì)獨(dú)立，減少對(duì)外界依賴，提升服務(wù)獨(dú)立運(yùn)行、升級(jí)和靈活拼裝能力。

（3）系統(tǒng)擴(kuò)展。服務(wù)解耦拆分最重要的作用之一是提高系統(tǒng)擴(kuò)展性。不同服務(wù)有不同的擴(kuò)展性要求，把具有不同擴(kuò)展性要求的服務(wù)單獨(dú)劃分處理，能夠提高系統(tǒng)擴(kuò)展效率。比如教務(wù)系統(tǒng)中的選課服務(wù)要求較高并發(fā)性能，把選課服務(wù)分離，單獨(dú)考慮其性能擴(kuò)展需求，確保不會(huì)因選課服務(wù)負(fù)載過高而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不可用。

（4）數(shù)據(jù)一致。微服務(wù)架構(gòu)如果需要跨服務(wù)改變業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)狀態(tài)，則需要處理復(fù)雜的分布式事務(wù)與數(shù)據(jù)一致性問題，對(duì)系統(tǒng)性能有較大影響。相比之下，只在同一服務(wù)內(nèi)部保證事務(wù)性更加簡單且高效。盡量把有數(shù)據(jù)強(qiáng)一致要求的事務(wù)性邏輯放在一個(gè)服務(wù)內(nèi)，服務(wù)邊界滿足非事務(wù)性、數(shù)據(jù)最終一致性即可。

（5）信息安全。不同服務(wù)有不同的信息安全要求。對(duì)于信息安全要求高的服務(wù)可以單獨(dú)劃分并特殊部署，比如運(yùn)行在防火墻后，也可以根據(jù)服務(wù)特點(diǎn)針對(duì)性地滿足信息安全需求。

（6）服務(wù)組合。在底層服務(wù)之上，可能會(huì)有服務(wù)能力組合層，實(shí)現(xiàn)組合服務(wù)。如果存在這種情況，最好也以獨(dú)立的服務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)。組合服務(wù)本身可能并不對(duì)應(yīng)具體數(shù)據(jù)庫，而是將下層服務(wù)進(jìn)行組合，形成新的接口服務(wù)能力。

六、同濟(jì)大學(xué)教務(wù)系統(tǒng)微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)型實(shí)踐

1.原有教務(wù)系統(tǒng)問題

同濟(jì)大學(xué)原有教務(wù)系統(tǒng)有三套：本科生教務(wù)系統(tǒng)、研究生管理系統(tǒng)、本研一體化教務(wù)管理系統(tǒng)。前兩套系統(tǒng)分別用于管理本科生和研究生教務(wù)，建設(shè)年代較早，技術(shù)架構(gòu)落后;后一套系統(tǒng)首次嘗試本研業(yè)務(wù)融合，但由于其仍為單塊架構(gòu)，未采用微服務(wù)架構(gòu)，最終由于業(yè)務(wù)復(fù)雜性及單塊架構(gòu)局限性，未能將本研教學(xué)業(yè)務(wù)真正融合。三套系統(tǒng)目前各自管理部分教學(xué)業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)層面均未進(jìn)行全面融合，且系統(tǒng)均為單塊架構(gòu)，耦合緊密，難以持續(xù)演進(jìn)，已無法響應(yīng)新時(shí)代高校教學(xué)改革需求，為此急需通過微服務(wù)架構(gòu)來構(gòu)建一體化教務(wù)系統(tǒng)，支撐本研業(yè)務(wù)融合應(yīng)用建設(shè)。

2.一體化教務(wù)系統(tǒng)服務(wù)劃分

基于一體化教務(wù)理念，結(jié)合微服務(wù)劃分原則，一體化教務(wù)系統(tǒng)服務(wù)劃分如圖3所示，主要分為三個(gè)層次。

（1）上層業(yè)務(wù)服務(wù)：面向具體業(yè)務(wù)行為的上層服務(wù)?；诟咝＝虒W(xué)流程，按照學(xué)生培養(yǎng)過程中的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)劃分服務(wù)?？紤]本研業(yè)務(wù)融合，構(gòu)建本研模型、數(shù)據(jù)一體的教學(xué)流程，每個(gè)流程負(fù)責(zé)學(xué)生培養(yǎng)過程中單一完整的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，包括從學(xué)生入學(xué)的迎新報(bào)到、學(xué)籍管理，直到學(xué)生畢業(yè)時(shí)的學(xué)位管理，同時(shí)涵蓋培養(yǎng)過程中間的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)管理，比如選課、考務(wù)等。

（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)：底層公共的基礎(chǔ)資源類服務(wù)，偏向業(yè)務(wù)領(lǐng)域模型，包括學(xué)生、教師、課程、教學(xué)資源等基礎(chǔ)信息管理服務(wù)。

（3）系統(tǒng)支撐服務(wù)：系統(tǒng)級(jí)公共服務(wù)，支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的通用服務(wù)，如會(huì)話、前端Web、單點(diǎn)登錄等管理系統(tǒng)必備的基礎(chǔ)功能服務(wù)。

3.一體化教務(wù)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

微服務(wù)架構(gòu)實(shí)施要求多項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)支撐，為此借助業(yè)界主流的微服務(wù)PaaS平臺(tái)，減少前期基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化工具建設(shè)所帶來的成本和復(fù)雜性，便于快速進(jìn)行業(yè)務(wù)開發(fā)。通過對(duì)各大平臺(tái)的功能完整性和可靠性調(diào)研對(duì)比，一體化教務(wù)系統(tǒng)最終選用華為ServiceStage微服務(wù)平臺(tái)，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖4所示，主要包含以下層次。

（1）資源層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)，主要包含MySQL數(shù)據(jù)庫、Redis分布式緩存、文件存儲(chǔ)以及學(xué)校內(nèi)部數(shù)據(jù)倉庫。

（2）平臺(tái)框架層：使用ServiceStage微服務(wù)平臺(tái)，借助CSE微服務(wù)引擎，通過Docker容器部署服務(wù)，提高系統(tǒng)資源利用率。服務(wù)注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)等治理功能由平臺(tái)提供。由于每個(gè)服務(wù)均以獨(dú)立進(jìn)程運(yùn)行，服務(wù)間通信需要通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用完成，而網(wǎng)絡(luò)調(diào)用無法保證完全可靠，因此平臺(tái)層提供重試、降級(jí)、熔斷等容錯(cuò)機(jī)制來保證服務(wù)間調(diào)用的可靠性。

（3）服務(wù)層：借助微服務(wù)平臺(tái)，開發(fā)只需關(guān)注服務(wù)層。根據(jù)系統(tǒng)服務(wù)劃分方案，主要包括上層業(yè)務(wù)服務(wù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)和系統(tǒng)支撐服務(wù)三個(gè)層次，每個(gè)層次包含各自具體服務(wù)模塊，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)能力輸出。此外，微服務(wù)平臺(tái)提供服務(wù)通信和服務(wù)管理能力，保障服務(wù)的相互通信和監(jiān)控運(yùn)維。

（4）網(wǎng)關(guān)層：服務(wù)訪問入口。Web層對(duì)服務(wù)的訪問都需要通過API網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求傳遞。在微服務(wù)架構(gòu)中，API網(wǎng)關(guān)也稱作邊緣服務(wù)（Edge Service），通常采用Nginx、Zuul等反向代理實(shí)現(xiàn)。此處采用平臺(tái)特有的NodeJs+ServiceMesh實(shí)現(xiàn)，NodeJs負(fù)責(zé)接收外部請(qǐng)求，ServiceMesh又稱服務(wù)網(wǎng)格，可理解為輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)代理，ServiceMesh通過與服務(wù)注冊(cè)中心保持長連接獲取每個(gè)服務(wù)實(shí)例信息，從而將不同服務(wù)的外部請(qǐng)求路由至相應(yīng)服務(wù)。

4.一體化教務(wù)系統(tǒng)建設(shè)成果

目前一體化教務(wù)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)服務(wù)如圖5所示，包括大部分系統(tǒng)支撐服務(wù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，以及部分上層業(yè)務(wù)服務(wù)。圖中每個(gè)圓圈及其下方服務(wù)名和版本號(hào)唯一確定一個(gè)微服務(wù)，箭頭代表服務(wù)間調(diào)用關(guān)系，實(shí)際開發(fā)中會(huì)不斷對(duì)服務(wù)進(jìn)行迭代從而升級(jí)版本號(hào)。

七、結(jié)束語

一體化教務(wù)理念是高校實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)、開展教學(xué)改革的關(guān)鍵與核心。為了更好地推進(jìn)本研業(yè)務(wù)融合，加速一體化教務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，本文采用微服務(wù)架構(gòu)替代傳統(tǒng)教務(wù)系統(tǒng)單塊架構(gòu)，研究系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方案及服務(wù)粒度劃分，提出新老系統(tǒng)平滑過渡方式，并通過實(shí)際案例，展示轉(zhuǎn)型實(shí)踐中的系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)等具體實(shí)施方案?；谖⒎?wù)架構(gòu)的一體化教務(wù)系統(tǒng)能夠靈活應(yīng)對(duì)持續(xù)增加的系統(tǒng)復(fù)雜性，快速響應(yīng)新形勢(shì)下的一體化教務(wù)融合需求，為高校實(shí)現(xiàn)本研貫通式培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

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（編輯：王曉明）