基于微服務(wù)體系的企業(yè) ERP 智能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳莉萍

摘要：隨著電力企業(yè)應(yīng)用規(guī)模的增大和管理需求的外展，基于單體式架構(gòu)的傳統(tǒng)ERP 系統(tǒng)逐漸暴露拓展性差、迭代難度大等問題。為此采用微服務(wù)技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一套基于分布式架構(gòu)的電力企業(yè)ERP 系統(tǒng)。梳理了電力企業(yè)ERP 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，提出了微服務(wù)體系架構(gòu)，將單體式的ERP 系統(tǒng)分解為多個(gè)小型、獨(dú)立、自洽的微服務(wù)，設(shè)計(jì)了微服務(wù)之間的異步通信機(jī)制，給出了采用Spring Cloud 框架實(shí)現(xiàn)微服務(wù)體系的技術(shù)路徑，最后通過系統(tǒng)測試，驗(yàn)證了微服務(wù)架構(gòu)體系的性能優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：微服務(wù)、單體式架構(gòu)、ERP、電力企業(yè)、Spring Cloud

中圖分類號：TM744文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）05-0179-04

Optimizeddesignandimplementationof enterprisesERP intelligentsystembasedonmicroservices

WU Liping

（State Grid Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing 211106，Jiangsu，China）

Abstract： With the increase of the application scale of electric power enterprises and the outreach of management requirements，the traditional ERP system based on the monolithic architecture has gradually exposed problems such as poor scalability and difficult iterations. Therefore，a set of ERP system for electric power enterprises based on dis? tributed architecture was designed and implemented using micro-service technology. After sorting out the current status of ERP business in electric power enterprises，a microservice architecture was proposed，a single ERP system was decomposed into multiple small，independent，and self-consistent microservices，and an asynchronous commu? nication mechanism between microservices was designed. The technical path of the micro-service system wasimple? mented using the Spring Cloud framework，and finally the performance advantages of the micro-service architecture system were verified through system testing.

Keywords： microservices；monolithic architecture；ERP；power companies；Spring Cloud

ERP 系統(tǒng)通過工作流程優(yōu)化、業(yè)務(wù)模塊標(biāo)準(zhǔn)化以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高度融合，為電力裝備企業(yè)的財(cái)務(wù)資金、人員信息、項(xiàng)目、物資等職能領(lǐng)域的業(yè)務(wù)流程提供一體化的管理平臺(tái)，是提升電力裝備企業(yè)數(shù)字化管理能力的重要工具[1]。電力裝備企業(yè)現(xiàn)有ERP 系統(tǒng)采用單體式架構(gòu)，各個(gè)業(yè)務(wù)模塊之間存在業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的強(qiáng)耦合關(guān)系，導(dǎo)致對其中某個(gè)模塊存在功能或性能缺陷，也需要對較大范圍的業(yè)務(wù)模塊的進(jìn)行重建和部署，因此非常不利于快速提升系統(tǒng)性能和迭代業(yè)務(wù)流程，具體表現(xiàn)是現(xiàn)有ERP 運(yùn)行不穩(wěn)定、響應(yīng)慢且運(yùn)維難度大[2]。作為一個(gè)國有企業(yè)，電力裝備企業(yè)要對國家政策、行業(yè)發(fā)展、企業(yè)管理以及市場營銷等各方面需求做出更快速、更靈活的反應(yīng)，因此迫切需求對ERP系統(tǒng)進(jìn)行體系架構(gòu)升級。

為此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于分布式微服務(wù)架構(gòu)的 ERP 系統(tǒng)。首先提出了基于微服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，分析了服務(wù)治理的運(yùn)行原理，闡述了基于消息總線的微服務(wù)通信機(jī)制，將電力企業(yè)ERP 業(yè)務(wù)分解成多個(gè)微服務(wù)，最后以庫存業(yè)務(wù)為例詳細(xì)介紹了基于 spring技術(shù)框架的微服務(wù)實(shí)現(xiàn)方法。

1 基于微服務(wù)的 ERP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微服務(wù)是于2014年3月的被提出的一種新的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)格[3]。微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)將體積大、復(fù)雜度高的單個(gè)應(yīng)用程序按業(yè)務(wù)域或功能域分解為多個(gè)具有輕耦合關(guān)系的小規(guī)模的微服務(wù)。微服務(wù)借助 JSON 等輕量級通信機(jī)制進(jìn)行通信，充分降低微服務(wù)之間的耦合度。

1.1ERP總體架構(gòu)

基于微服務(wù)的ERP架構(gòu)設(shè)計(jì)，具體如圖1所示。

主要分為6個(gè)新的微服務(wù)和原有的ERP 系統(tǒng)，包括服務(wù)發(fā)現(xiàn)、負(fù)載平衡、服務(wù)網(wǎng)關(guān)閉、消息總線和認(rèn)證系統(tǒng)。

1.2服務(wù)發(fā)現(xiàn)和請求轉(zhuǎn)發(fā)

服務(wù)提供者在分布式服務(wù)注冊中心自動(dòng)注冊其服務(wù)名稱，IP 地址，以及開始啟動(dòng)后的端口號。完成注冊后服務(wù)提供者將持續(xù)向分布式服務(wù)注冊中心發(fā)送心跳信號，表明服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)[4]。

當(dāng)服務(wù)注冊中心連續(xù)3 s未被接收或接收到異常狀態(tài)心跳信號時(shí)，即從列表中刪除該服務(wù)實(shí)例。

服務(wù)訪問請求的轉(zhuǎn)發(fā)由服務(wù)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)注冊中心協(xié)作完成。服務(wù)網(wǎng)關(guān)是用戶服務(wù)請求唯一入口地址，服務(wù)網(wǎng)關(guān)首先識別用戶請求訪問的服務(wù)名稱，然后將該服務(wù)名稱與從本地緩存中的可用服務(wù)列表進(jìn)行遍歷比對，如果比對成功則查詢該服務(wù)實(shí)例的IP 地址和端口號，并將請求轉(zhuǎn)發(fā)到真實(shí)服務(wù)提供商的地址，如果比對失敗則拋棄該請求。

1.3消息總線

消息總線采用符合高級消息隊(duì)列協(xié)議的消息中間件技術(shù)，為微服務(wù)提供統(tǒng)一的應(yīng)用層消息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議[5]。

以采購服務(wù)和庫存服務(wù)為例，具體如圖2所示。

從圖2可以看出，首先，入站消息隊(duì)列和出站消息隊(duì)列是在消息總線中建立的，并通過“入站”和“出站”鍵與交換機(jī)綁定。之后，采購服務(wù)向交換機(jī)發(fā)送“采購消息”，交換機(jī)使用預(yù)先商定的JSON 格式，以便消息內(nèi)容獨(dú)立于語言，并攜帶路由關(guān)鍵字值“in? bound”。收到消息后，交換機(jī)將消息的路由密鑰與綁定的消息隊(duì)列密鑰進(jìn)行比較，然后將消息路由到入站消息隊(duì)列，入站消息消息隊(duì)列緩存該消息。庫存服務(wù)偵聽入站消息。一旦消息到達(dá)，庫存服務(wù)立即接收消息并解析相應(yīng)的JSON 字符串。任何新服務(wù)都以相同的JSON 格式向交換機(jī)發(fā)送消息，并攜帶“入站”路由密鑰，庫存服務(wù)可以從入站消息隊(duì)列接收消息，而不會(huì)影響其他服務(wù)的正常操作。

1.4微服務(wù)

基于業(yè)務(wù)研究，本文將電力 ERP 業(yè)務(wù)歸納至5個(gè)微服務(wù)群：財(cái)務(wù)管理服務(wù)、人力資源管理服務(wù)、物資管理服務(wù)、項(xiàng)目管理服務(wù)和設(shè)備管理需求服務(wù)。按照功能屬性，在每個(gè)微服務(wù)群下面分別劃分了若干微服務(wù)，具體如表1所示[6]。

由表1可知，財(cái)務(wù)管理服務(wù)是對電力企業(yè)內(nèi)部資金流的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)督管理和風(fēng)險(xiǎn)控制，從而實(shí)現(xiàn)對企業(yè)內(nèi)部各種主要功能活動(dòng)進(jìn)行綜合性管理。財(cái)務(wù)管理包括2個(gè)微服務(wù)：一是預(yù)算微服務(wù)；二是會(huì)計(jì)微服務(wù)。人力資源管理服務(wù)是對電力企業(yè)員工的信息管理，包括績效、教育培訓(xùn)、人事信息、薪酬與福利等微服務(wù)。物資管理服務(wù)的業(yè)務(wù)范圍包括物資采購、物資倉儲(chǔ)、供應(yīng)鏈管理等，包括需求計(jì)劃子服務(wù)、采購子服務(wù)、庫存子服務(wù)、供應(yīng)商子服務(wù)等。項(xiàng)目管理服務(wù)是對管理管理的全生命周期過程進(jìn)行管理。項(xiàng)目管理包括前項(xiàng)目管理和項(xiàng)目驗(yàn)收與后評估2個(gè)微服務(wù)。設(shè)備管理服務(wù)是對電力企業(yè)的設(shè)備運(yùn)維進(jìn)行管理，包括設(shè)備巡檢子服務(wù)、通知單管理子服務(wù)、工單管理子服務(wù)等。

材料采購、工程管理、設(shè)備管理這些系統(tǒng)是各自獨(dú)立的，沒有系統(tǒng)之間的互動(dòng)。因此必須手動(dòng)在每個(gè)系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)，如項(xiàng)目管理需要采購物資，則需要在物資管理系統(tǒng)中人工填寫采購申請，或者設(shè)備維修需要申領(lǐng)備品備件，則在物資采購系統(tǒng)人工填寫領(lǐng)用單等。微服務(wù)框架通過采用統(tǒng)一的消息傳遞機(jī)制，以庫存服務(wù)為“消息”接收中心，將數(shù)據(jù)自動(dòng)在各服務(wù)之間進(jìn)行傳遞，基本杜絕了人工錄入數(shù)據(jù)與系統(tǒng)間數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的需求，使效率大大提高，人為差錯(cuò)減少。如果需要在ERP 中加入新的服務(wù)，只需與已有的微服務(wù)使用相同的消息傳遞機(jī)制來進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，對已有的微服務(wù)基本不需要進(jìn)行修改，這樣對已有系統(tǒng)的沖擊就會(huì)大大降低。

2 基于微服務(wù)的 ERP 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本文采用基于 Spring 框架技術(shù)開發(fā) ERP 微服務(wù)，其中SpringMVC用于Web 開發(fā)，Spring Boot 用于微服務(wù)的開發(fā)，Spring Cloud 用于實(shí)現(xiàn)服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)，Mybatis用于實(shí)現(xiàn) ORM 持久化，Redis 集群用于建立統(tǒng)一分布式緩存[7-8]。

2.1微服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

電力裝備企業(yè)ERP 系統(tǒng)中的每個(gè)微服務(wù)的數(shù)據(jù)實(shí)體、控制層、實(shí)現(xiàn)層和數(shù)據(jù)持久層的實(shí)現(xiàn)步驟和配置內(nèi)容類似，因此使用Spring Boot快速構(gòu)建微服務(wù)。

以物資管理服務(wù)中的庫存微服務(wù)為例，包括物資出庫和物資入庫兩個(gè)父類，以及庫存實(shí)體類、庫存控制類、業(yè)務(wù)服務(wù)接口類和數(shù)據(jù)庫映射關(guān)系類等子類。每個(gè)類除了包括單據(jù)創(chuàng)建、查詢、審核等任務(wù)，還存在與采購微服務(wù)、供應(yīng)商微服務(wù)等其他模塊的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)耦合關(guān)系，因此還包括消息總線的接口?；赟pring Boot和業(yè)務(wù)邏輯的庫存微服務(wù)模塊時(shí)序圖，具體如圖3所示。

從圖3可以看出，用戶需要先進(jìn)行登錄才能訪問庫存查詢頁面。在該頁面中，用戶可以輸入物資編號、倉庫信息等查詢參數(shù)，通過SpringMVC控制層調(diào)用庫存服務(wù)接口中的查詢方法來獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。庫存服務(wù)接口中封裝了多個(gè)查詢方法，以供控制層進(jìn)行調(diào)用。而具體的查詢操作則由庫存服務(wù)實(shí)現(xiàn)類中的DAO 組件和Mapper 接口類完成。查詢數(shù)據(jù)后，還需要對其進(jìn)行組裝，以便前端用戶能夠直觀地了解查詢結(jié)果。在整個(gè)過程中，需要注意封裝的細(xì)節(jié)，確保查詢結(jié)果的準(zhǔn)確性和可讀性。通過這樣的流程，用戶可以方便地查詢到所需的庫存信息，提高工作效率和準(zhǔn)確性。

2.2服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)與負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)

Eureka 是一個(gè)流行的服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)，它允許服務(wù)將自己注冊到服務(wù)注冊中心，并允許其他服務(wù)發(fā)現(xiàn)和調(diào)用它們。在ERP 系統(tǒng)中，將各個(gè)模塊作為獨(dú)立的服務(wù)運(yùn)行，可以極大地提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。例如開發(fā)一個(gè)名為 stock-service 的服務(wù)，可以在其內(nèi)部運(yùn)行一個(gè)名為 Stock-Server 的應(yīng)用程序。為了將該服務(wù)注冊到 Eureka 注冊中心，則使用 Spring Boot 中的@EnableEurekaServer 注釋。在此可以指定服務(wù)的端口、主機(jī)名和服務(wù)地址。一旦 Stock-Service 被注冊到Eureka 中心，它將定期發(fā)送心跳消息以確認(rèn)其在線狀態(tài)。其他服務(wù)可以通過服務(wù)注冊中心訪問Stock-Service 的服務(wù)地址，從而實(shí)現(xiàn)與該服務(wù)的通信。

在一個(gè)ERP 系統(tǒng)中，服務(wù)之間的調(diào)用需要經(jīng)過多個(gè)層次的處理。其中，客戶端通過Zuul網(wǎng)關(guān)向服務(wù)端發(fā)起請求，Zuul網(wǎng)關(guān)會(huì)根據(jù)請求的URL 路由到對應(yīng)的可用服務(wù)上。而Eureka 服務(wù)端則扮演著服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)的角色，它能夠及時(shí)地感知服務(wù)實(shí)例的上下線情況，確?？蛻舳耸冀K能夠調(diào)用到可用的服務(wù)實(shí)例。為了應(yīng)對大流量、多并發(fā)的場景，Ribbon 負(fù)載均衡被應(yīng)用于服務(wù)調(diào)用過程中，它可以根據(jù)一定的調(diào)度算法來選擇可用的服務(wù)實(shí)例，并且根據(jù)服務(wù)實(shí)例的性能情況動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)載均衡策略。在具體的實(shí)現(xiàn)中，我們可以通過圖4所示的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行服務(wù)調(diào)用，并且針對不同的業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)具體的調(diào)度算法。同時(shí)，在代碼層面上，可以通過配置文件或代碼的方式來完成對服務(wù)的注冊、發(fā)現(xiàn)、負(fù)載均衡等相關(guān)操作，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在所定義的StockService類聲明一個(gè)restTem? plate 對象，在該類的QueryStock（）方法以Rest 方式調(diào)用 Eureka client API 接口。

通過在StockController類添加@RestController 注解開啟RestController功能，利用 Get 方法接口調(diào)用StockService類的QueryStock（）方法。

2.3服務(wù)網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)

本文實(shí)現(xiàn)的服務(wù)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)包括Main 包、API 包、代理包等多個(gè)組件。其中，Main 包負(fù)責(zé)啟動(dòng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)，并集成各種組件。API 包包含了所有的接口服務(wù)，以及請求路由和限流等功能。代理包則負(fù)責(zé)將請求轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的后端服務(wù)中，并將數(shù)據(jù)返回給客戶端。Cofiguration類是一個(gè)關(guān)鍵的組件，它定義了 Springbeans，響應(yīng)路由和庫存查詢請求[9-11]。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，StockHandlers類使用API 接口獲取庫存信息，并通過請求處理程序使用遠(yuǎn)程代理調(diào)用后端服務(wù)，以便在處理請求時(shí)能夠獲取必要的數(shù)據(jù)。

2.4微服務(wù)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)

使用Feign 時(shí)，首先是定義一個(gè)接口來描述調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)的方式，并使用@FeignClient 注解來標(biāo)識該接口所對應(yīng)的遠(yuǎn)程服務(wù)。其中，value 屬性用于指定遠(yuǎn)程服務(wù)的名稱，該名稱對應(yīng)于注冊中心中的服務(wù)名。例如，在調(diào)用采購服務(wù)時(shí)，可以使用@FeignClient（value ="purchase-service"）來指定遠(yuǎn)程服務(wù)的名稱。然后在application.yml中配置eure? ka-feign-client 相關(guān)的屬性，包括端口號、服務(wù)注冊地址等信息[12]。

3 運(yùn)行測試

3.1功能測試

以計(jì)劃服務(wù)為例子，對其中的合同臺(tái)賬查詢功能進(jìn)行測試，查詢界面顯示如圖5所示。

用戶輸入采購訂單、項(xiàng)目編號、采購訂單號等信息，即可調(diào)出相關(guān)的合同信息和合同的執(zhí)行情況。

3.2性能測試

在ERP 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，由于數(shù)據(jù)量的大量積累和處理，往往會(huì)遇到一些性能問題，例如響應(yīng)時(shí)間過長等。因此需要進(jìn)行系統(tǒng)性能測試已驗(yàn)證基于微服務(wù)的分布式體系架構(gòu)的性能。合同臺(tái)賬查詢功能是ERP 系統(tǒng)中的一個(gè)重要功能，因此本文針對該功能進(jìn)行性能測試。

在進(jìn)行性能測試時(shí)，使用在線壓力測試工具Jmeter，這是一個(gè)開源的免費(fèi)工具，可用于測試各種 Web 應(yīng)用程序和微服務(wù)架構(gòu)。Jmeter可以模擬并發(fā)量和持續(xù)時(shí)間等仿真條件，對比測試結(jié)果，分析性能瓶頸，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)性能。為了保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，測試環(huán)境盡可能地模擬真實(shí)環(huán)境，并排除其他干擾因素。

對于合同臺(tái)賬查詢功能，實(shí)驗(yàn)使用Jmeter模擬多個(gè)用戶同時(shí)查詢，然后分別測量基于微服務(wù)架構(gòu)的ERP 系統(tǒng)和原ERP 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，以評估其性能表現(xiàn)。在模擬并發(fā)量值1000、持續(xù)時(shí)間30 s 的條件下，2個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間如圖6所示。

從圖6可以看出，當(dāng)響應(yīng)數(shù)據(jù)量達(dá)50%時(shí)，單體式架構(gòu)和微服務(wù)架構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間分別為2.9、0.095 s，說明微服務(wù)架構(gòu)在高并發(fā)情況下的響應(yīng)時(shí)間較短。

4 結(jié)語

針對單體式信息系統(tǒng)架構(gòu)存在的局限性，本文設(shè)計(jì)了基于微服務(wù)的分布式體系架構(gòu)，并將電力 ERP 業(yè)務(wù)分解為微服務(wù)。電力企業(yè)ERP 微服務(wù)的開發(fā)基于Spring Boot 框架，采用Spring Cloud 實(shí)現(xiàn)了大量微服務(wù)的治理，并利用Redis 部署了分布式數(shù)據(jù)緩存，最終完成了基于微服務(wù)分布式架構(gòu)的電力企業(yè) ERP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行測試數(shù)據(jù)表明基于微服務(wù)的電力企業(yè)ERP系統(tǒng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)的單體式架構(gòu)。未來，將遵從微服務(wù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，對微服務(wù)通信機(jī)制優(yōu)化，進(jìn)一步快速響應(yīng)用戶高并發(fā)的訪問需求，并且探索微服務(wù)的身份認(rèn)證的新策略和數(shù)據(jù)加密的新方法，確保微服務(wù)遠(yuǎn)程調(diào)用的數(shù)據(jù)安全性。

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