基于微服務(wù)的鐵路企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

張向陽，朱建生，朱韋橋

（中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

協(xié)同辦公系統(tǒng)是指通過先進的技術(shù)，將部分辦公業(yè)務(wù)物化于人以外的各種設(shè)備，并由這些設(shè)備和辦公人員共同完成辦公業(yè)務(wù)的人機信息系統(tǒng)[1]。由于鐵路企業(yè)辦公系統(tǒng)建設(shè)時間較早，傳統(tǒng)的信息技術(shù)及思想構(gòu)建的單體應(yīng)用已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代企業(yè)快速業(yè)務(wù)增長。目前，傳統(tǒng)的協(xié)同辦公系統(tǒng)多采用單體架構(gòu)進行構(gòu)建，系統(tǒng)可復(fù)用性、可維護性和可擴展性較差。微服務(wù)通過化整為零的概念，將復(fù)雜的信息化部署分解成更小、更獨立的微服務(wù)。微服務(wù)有著技術(shù)選型靈活、系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)不冗余、獨立部署、具備更好的容錯機制等優(yōu)勢[2-3]。

基于微服務(wù)的理念，從滿足鐵路企業(yè)辦公業(yè)務(wù)發(fā)展需要出發(fā)，構(gòu)建集統(tǒng)一身份認證、內(nèi)網(wǎng)門戶、電子公文、工作日志、協(xié)同交流、綜合事務(wù)及移動辦公等業(yè)務(wù)為一體的協(xié)同辦公平臺，實現(xiàn)鐵路企業(yè)之間及部門間及時、高效，有序、可控的信息互聯(lián)互通與協(xié)同辦公自動化，促進鐵路企業(yè)辦公流程優(yōu)化，提升企業(yè)整體協(xié)作水平和辦公效率，為提升鐵路企業(yè)工作效率和管理水平提供有力支撐。

1 架構(gòu)設(shè)計

1.1 總體架構(gòu)

鐵路企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖1 所示。

根據(jù)“大平臺+微模塊”辦公信息化總體架構(gòu)，將系統(tǒng)分為不同業(yè)務(wù)模塊，各業(yè)務(wù)模塊分別對應(yīng)企業(yè)局域網(wǎng)應(yīng)用和企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用兩部分，企業(yè)局域網(wǎng)用戶通過電腦終端設(shè)備進行訪問，互聯(lián)網(wǎng)移動終端通過虛擬專用網(wǎng)（VPN）隧道接入企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)移動安全接入平臺，訪問業(yè)務(wù)系統(tǒng)前端頁面。企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前端頁面調(diào)用接口轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，與企業(yè)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)接口之間通過安全平臺進行安全隔離及數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)，辦公信息系統(tǒng)各業(yè)務(wù)模塊集成統(tǒng)一身份認證，實現(xiàn)單點登錄。

圖1 總體架構(gòu)

1.2 邏輯架構(gòu)

系統(tǒng)業(yè)務(wù)服務(wù)采用微服務(wù)技術(shù)構(gòu)建，分為表現(xiàn)層、接口層、實體層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、公共服務(wù)層、服務(wù)監(jiān)督與治理層及資源層[4-5]，如圖2 所示。

（1）表現(xiàn)層：使用前后端分離技術(shù)，對后臺服務(wù)進行組合展示，完成與用戶的交互。系統(tǒng)中的內(nèi)網(wǎng)門戶、電子公文、工作日志、協(xié)同交流、綜合事務(wù)及移動辦公等頁面功能，可以在后臺服務(wù)接口確定的情況下進行前端的獨立開發(fā)。

（2）接口層：將實體、業(yè)務(wù)服務(wù)、公共服務(wù)所覆蓋的內(nèi)容進行聚合，為表現(xiàn)層提供符合展示要求的接口，如認證接口、獲取待辦事項接口、文檔預(yù)覽接口、流程引擎接口等。同時也提供與其他的外部應(yīng)用系統(tǒng)交互的接口，包括統(tǒng)一身份認證接口、電子檔案歸檔接口、電子公文分發(fā)接口。

（3）業(yè)務(wù)服務(wù)層：結(jié)合實際業(yè)務(wù)，將實體和公共服務(wù)進行封裝，為接口服務(wù)提供支持。

（4）公共服務(wù)層：將系統(tǒng)中多處用到的功能進行統(tǒng)一的封裝，以便更好地為業(yè)務(wù)服務(wù)層提供支持。

（5）實體層：微服務(wù)架構(gòu)下的實體同時為業(yè)務(wù)服務(wù)和公共服務(wù)提供支持，在接口需要的情況下也可以直接調(diào)用。系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)均將封裝為接口，方便對外提供統(tǒng)一的能力。

（6）服務(wù)監(jiān)督與治理：微服務(wù)架構(gòu)下，對服務(wù)的安全、監(jiān)控、預(yù)警十分重要，服務(wù)監(jiān)督與治理貫穿公共服務(wù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和接口層，主要提供服務(wù)注冊、服務(wù)監(jiān)控、服務(wù)授權(quán)、日志分析、限流熔斷等功能以及分布式事務(wù)，實現(xiàn)對微服務(wù)的治理。

（7）資源層：主要是指系統(tǒng)操作的相關(guān)資源，包括數(shù)據(jù)庫資源及文件資源。

1.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

鐵路企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖3 所示。

應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫部署在企業(yè)局域網(wǎng)應(yīng)用類服務(wù)器區(qū)，移動安全接入平臺、移動業(yè)務(wù)前端頁面及接口轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)部署在企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用類服務(wù)器區(qū)。

圖2 邏輯架構(gòu)

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

電腦終端用戶通過企業(yè)局域網(wǎng)終端接入?yún)^(qū)接入訪問，移動終端用戶通過互聯(lián)網(wǎng)接入訪問。移動辦公通過VPN 加密隧道接入移動安全接入平臺，訪問企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)前端頁面，前端頁面調(diào)用移動接口轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)移動接口轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器采用PKI/CA 認證體系，通過CA 證書實現(xiàn)與安全平臺的身份識別，再通過防火墻及安全平臺應(yīng)用訪問控制，實現(xiàn)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)局域網(wǎng)服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全隔離及交換。

2 功能設(shè)計

系統(tǒng)以用戶為中心、以服務(wù)為宗旨、以任務(wù)為驅(qū)動，根據(jù)鐵路企業(yè)黨政工團各項辦公業(yè)務(wù)需求，打造門戶網(wǎng)站、電子公文、工作日志、溝通交流、綜合事務(wù)、移動辦公等多業(yè)務(wù)融合的一站式辦公服務(wù)平臺，構(gòu)建了橫向集成，縱向貫通、風(fēng)格統(tǒng)一、上下聯(lián)動、資源共享的鐵路企業(yè)辦公服務(wù)體系，如圖4 所示。

2.1 電腦端功能設(shè)計

圖4 功能設(shè)計圖

系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)一身份認證平臺，將鐵路企業(yè)組織機構(gòu)及人員信息進行統(tǒng)一管理。業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成統(tǒng)一身份認證，實現(xiàn)單點登錄，應(yīng)用訪問授權(quán)管理。用戶通過鐵路企業(yè)門戶網(wǎng)站統(tǒng)一登錄，用戶登錄成功后，以應(yīng)用圖標(biāo)的形式在個人工作臺展示當(dāng)前登錄用戶有權(quán)訪問的所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)，展示所有待辦事項，解決用戶需要登錄不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)才可處理相關(guān)事務(wù)的問題，不但提高工作效率，更能提升用戶體驗。

2.2 移動端功能設(shè)計

在保障網(wǎng)絡(luò)信息安全的基礎(chǔ)上，建設(shè)移動辦公App，制定移動業(yè)務(wù)接入標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)鐵路企業(yè)移動業(yè)務(wù)處理，包括以下功能[6]。

（1）登錄認證

實現(xiàn)移動辦公App 雙因子登錄認證功能，包括用戶名/口令認證、人臉或者指紋等生物特征認證，保證移動辦公信息安全。

（2）應(yīng)用中心

用戶登錄成功后，根據(jù)用戶所擁有的權(quán)限，在應(yīng)用中心展示用戶有權(quán)訪問的應(yīng)用列表，列表根據(jù)應(yīng)用類別進行分類展示，用戶可進行選擇性下載使用及更新操作等。

（3）個人工作臺

個人工作臺實現(xiàn)個人所有待處理事項的集中提醒和展示。用戶登錄成功后，顯示用戶所下載的所有應(yīng)用的待辦條數(shù)，點擊某一應(yīng)用，可查看該應(yīng)用下所有待辦事項列表。

（4）移動業(yè)務(wù)處理

實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)門戶發(fā)布信息的審核和展示，公文全流程電子化辦理，工作日志填報、點評，綜合事務(wù)類流程審批，以及移動即時通訊等功能。

（5）個人設(shè)置

實現(xiàn)移動辦公App 個人信息設(shè)置，提供技術(shù)支持、推廣信息及退出登錄功能。

（6）移動終端管理

系統(tǒng)針對接入的移動終端設(shè)備進行統(tǒng)一管理，同時根據(jù)用戶設(shè)有設(shè)備信賴清單及黑名單，只有認證通過的設(shè)備才允許接入，并且綁定登錄用戶。如果終端設(shè)備不慎丟失，可聯(lián)系管理員進行設(shè)備鎖止，將設(shè)備拉入黑名單，禁止該設(shè)備接入平臺。

2.3 接口設(shè)計

電腦終端訪問采用基于HTTP 協(xié)議，通過Restful 服務(wù)接口等方式進行數(shù)據(jù)傳輸定義和服務(wù)對接。系統(tǒng)內(nèi)多個服務(wù)之間接口同步調(diào)用通過Feign 實現(xiàn)，簡化服務(wù)之間調(diào)用邏輯。異步通信通過消息隊列實現(xiàn)。內(nèi)網(wǎng)門戶內(nèi)容發(fā)布通過FTP 協(xié)議實現(xiàn)與應(yīng)用服務(wù)器通信，用于更新靜態(tài)網(wǎng)頁。系統(tǒng)之間通過Web-Services 接口的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

移動終端采用基于VPN 隧道HTTPS 協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，通過國密算法將數(shù)據(jù)進行加密后再進行傳輸，數(shù)據(jù)格式為JSON，確保數(shù)據(jù)的安全和統(tǒng)一[7]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

鐵路企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，如圖5 所示。

（1）系統(tǒng)建有API 路由網(wǎng)關(guān)、服務(wù)注冊中心集群、ELK（Elasticsearch Logstash Kibana）日志集群、消息隊列集群、緩存集群、服務(wù)監(jiān)控集群、數(shù)據(jù)庫集群及業(yè)務(wù)服務(wù)集群[2]。

（2）業(yè)務(wù)服務(wù)首先在服務(wù)注冊中心進行注冊，注冊中心提供服務(wù)注冊、動態(tài)配置管理及實時健康檢查，以防止向不健康的主機或服務(wù)實例發(fā)送請求。用戶請求通過負載均衡配置到達API 路由網(wǎng)關(guān)，通過API 路由網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)調(diào)用、以及服務(wù)的降級、限流、熔斷等，從而達到業(yè)務(wù)服務(wù)的解耦的目的。

圖5 技術(shù)架構(gòu)

（3）系統(tǒng)建設(shè)消息隊列集群，通過消息隊列，實現(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)之間的異步通信、解耦、故障轉(zhuǎn)移以及并發(fā)緩沖等。同時，基于分布式事務(wù)，配合消息重試與補償機制，保證消息的百分百可靠達到，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性。

（4）通過開源ELK構(gòu)建集中日志系統(tǒng)，完成服務(wù)鏈路、應(yīng)用操作、應(yīng)用異常、應(yīng)用服務(wù)器中間件、服務(wù)器的日志等多源日志數(shù)據(jù)的收集、傳輸、存儲等功能，并應(yīng)用聚合日志數(shù)據(jù)進行分析，挖掘日志的價值信息，同時進行展示及告警等操作[8-9]。

（5）系統(tǒng)建設(shè)緩存集群，為保證緩存和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性，系統(tǒng)基于訂閱Binlog 的同步機制實現(xiàn)緩存與數(shù)據(jù)庫的異步更新。熱數(shù)據(jù)通過Redis 讀取，數(shù)據(jù)庫增加、更新、刪除業(yè)務(wù)通過操作Binlog 配合消息隊列實現(xiàn)將數(shù)據(jù)更新至Redis 緩存。

（6）系統(tǒng)通過Prometheus 提供Exporter 導(dǎo)出器，收集系統(tǒng)各個業(yè)務(wù)服務(wù)及集群運行時的參數(shù)，實時監(jiān)控虛擬機的CPU 負載、內(nèi)存消耗、網(wǎng)絡(luò)IO、硬盤使用量、系統(tǒng)緩存、消息隊列等。通過開源度量分析和可視化工具Grafana，將采集的數(shù)據(jù)進行可視化的展示，支持可視方式定義最重要指標(biāo)的警報規(guī)則，在數(shù)據(jù)達到閾值時及時告知和預(yù)警。通過Skywalking 實現(xiàn)業(yè)務(wù)請求的全鏈路追蹤、服務(wù)診斷，為系統(tǒng)運維提供問題排查信息。

（7）系統(tǒng)支持通過Gitlab 和Jenkins 實現(xiàn)服務(wù)自動化部署。針對鐵路企業(yè)開發(fā)環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)物理隔離等條件，支持通過Jenkins 實現(xiàn)程序包的自動分發(fā)、資源配置及部署等，最大限度減少項目管理及服務(wù)運維的工作量。

（8）按照微服務(wù)的理念，使用容器作為微服務(wù)載體實現(xiàn)服務(wù)快速部署、迭代，容器里面包含服務(wù)運行所需的一切內(nèi)容，比如代碼、依賴關(guān)系、庫、二進制文件等。與虛擬機相比，容器可以共享操作系統(tǒng)內(nèi)核，占用的空間更少，啟動速度也更快。針對不具備容器化資源管理能力的情況，系統(tǒng)同樣支持使用虛擬機作為微服務(wù)載體。

4 結(jié)束語

通過調(diào)研鐵路企業(yè)協(xié)同辦公系統(tǒng)的應(yīng)用需求，應(yīng)用微服務(wù)技術(shù)，通過服務(wù)劃分、業(yè)務(wù)解耦，減少了冗余代碼的產(chǎn)生，降低了新增、修改和維護代碼的成本，提升了業(yè)務(wù)的快速響應(yīng)能力。但是，系統(tǒng)經(jīng)過微服務(wù)拆分后，從單體變成了分布式，多個服務(wù)分布在不同的服務(wù)器上，服務(wù)間調(diào)用的成本更高，調(diào)用過程中可能還會遇到網(wǎng)絡(luò)抖動等外在問題，需要完善相應(yīng)的服務(wù)監(jiān)控和管理能力，對項目的管理及系統(tǒng)的運維提出了更高的要求。

目前，系統(tǒng)已在中國國家鐵路集團有限公司、中國鐵路北京局集團有限公司、中國鐵路信息公司、中國鐵路國際有限公司實施并應(yīng)用，在取得了良好的系統(tǒng)使用效果的同時，也積累了大量微服務(wù)治理、運維經(jīng)驗，可為系統(tǒng)的進一步優(yōu)化完善提供技術(shù)支持。