氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務(wù)化改造及設(shè)計(jì)

◆崔磊 馮宇星 石鋒 趙瑞

氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務(wù)化改造及設(shè)計(jì)

◆崔磊1馮宇星1通訊作者石鋒2趙瑞1

（1.國(guó)家預(yù)警信息發(fā)布中心 北京 100081；2.中國(guó)氣象局減災(zāi)司公眾處 北京 100081）

氣象信息決策支持系統(tǒng)是服務(wù)于國(guó)辦和應(yīng)急管理部的決策業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Web服務(wù)架構(gòu)開(kāi)發(fā)，目前很難滿足面向山洪地質(zhì)災(zāi)害防治和應(yīng)急管理需求的行業(yè)服務(wù)應(yīng)用，不能支撐各行業(yè)領(lǐng)域定制服務(wù)功能，因此需要以“微服務(wù)”架構(gòu)思想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)功能服務(wù)管理去中心化，系統(tǒng)部署獨(dú)立化，功能實(shí)現(xiàn)接口化，能夠靈活應(yīng)對(duì)本地化和行業(yè)化需求。“微服務(wù)”是一種架構(gòu)模式，屬于分布式架構(gòu)系統(tǒng)，具有跨語(yǔ)言、“易部署”等優(yōu)點(diǎn)，但“微服務(wù)”在對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用改造中也有許多需要突破的難點(diǎn)。本文在對(duì)“微服務(wù)”架構(gòu)技術(shù)體系研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣象信息決策支持系統(tǒng)的架構(gòu)及業(yè)務(wù)體系，給出了系統(tǒng)微服務(wù)化改造的設(shè)計(jì)方案。

微服務(wù)；分布式架構(gòu)；氣象信息決策支持系統(tǒng)；改造

2016年12月，國(guó)家發(fā)布《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱“《意見(jiàn)》”）文件，《意見(jiàn)》中指出：目前的突出問(wèn)題是災(zāi)害信息共享和防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)資源統(tǒng)籌不足；注重災(zāi)后救助向注重災(zāi)前預(yù)防轉(zhuǎn)變，從應(yīng)對(duì)單一災(zāi)種向綜合減災(zāi)轉(zhuǎn)變，從減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變。因此，2017年在國(guó)家預(yù)警發(fā)布中心領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)下，建設(shè)國(guó)家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)—?dú)庀笮畔Q策支持系統(tǒng)，為國(guó)家應(yīng)急管理工作提供輔助支持。國(guó)家級(jí)氣象信息決策支撐系統(tǒng)依托“公有云”資源建設(shè)，以預(yù)警信息和突發(fā)事件為主線，以匯集的各部門(mén)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)分析、挖掘氣象和經(jīng)濟(jì)社會(huì)大數(shù)據(jù)與災(zāi)害事件間的相關(guān)關(guān)系，提供基于影響的預(yù)報(bào)預(yù)警信息，并實(shí)現(xiàn)可視化應(yīng)用。

系統(tǒng)自2016年業(yè)務(wù)化運(yùn)行以來(lái)，在密云火災(zāi)、貴州山體滑坡、臺(tái)風(fēng)利奇馬等百余次重大突發(fā)事件中，為國(guó)務(wù)院應(yīng)急辦和應(yīng)急管理部防災(zāi)救災(zāi)業(yè)務(wù)提供覆蓋災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后的輔助決策支持服務(wù)，起到了很好的服務(wù)和應(yīng)用效益。預(yù)報(bào)預(yù)警信息是自然資源、交通、電力、能源、森林火險(xiǎn)等行業(yè)日常生產(chǎn)順利開(kāi)展的重要參考資料。

目前系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Web服務(wù)架構(gòu)開(kāi)發(fā)，很難滿足面向山洪地質(zhì)災(zāi)害防治和應(yīng)急管理需求的行業(yè)服務(wù)應(yīng)用，不能支撐各行業(yè)領(lǐng)域定制服務(wù)功能，因此迫切需要解決系統(tǒng)可移植性差，需求變動(dòng)成本高，不支持定制等方面的問(wèn)題。

本文在研究“微服務(wù)”技術(shù)架構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合氣象信息決策支持系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求、架構(gòu)體系，設(shè)計(jì)了氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務(wù)化的改造方案，實(shí)現(xiàn)決策系統(tǒng)能夠靈活應(yīng)對(duì)本地化和行業(yè)化需求，為國(guó)家應(yīng)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(guó)家級(jí)氣象信息決策支撐系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Web服務(wù)架構(gòu)開(kāi)發(fā)，架構(gòu)自底向上分別建立了數(shù)據(jù)層、資源層、應(yīng)用層、接口層和交互層。基于此架構(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(diǎn)預(yù)警等各類(lèi)服務(wù)產(chǎn)品。這樣的平臺(tái)架構(gòu)雖然滿足了業(yè)務(wù)需求，但是在各行業(yè)領(lǐng)域服務(wù)功能定制開(kāi)發(fā)、“運(yùn)維”過(guò)程中，存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)缺少統(tǒng)一規(guī)劃，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)接口，無(wú)法通過(guò)功能組合的方式快速響應(yīng)新需求。

（2）部分業(yè)務(wù)重疊，業(yè)務(wù)流程相似，存在重復(fù)工作，成果復(fù)用率低。

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

因此，為了更好運(yùn)用國(guó)家級(jí)氣象信息決策支撐系統(tǒng)現(xiàn)有成果，向各行業(yè)領(lǐng)域的氣象信息決策支持?jǐn)U展服務(wù)。迫切要求以“微服務(wù)”架構(gòu)思想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)功能服務(wù)管理去中心化，系統(tǒng)部署獨(dú)立化，功能實(shí)現(xiàn)接口化，能夠靈活應(yīng)對(duì)本地化和行業(yè)化需求。

2 “微服務(wù)”架構(gòu)

自2014年始，微服務(wù)（Microservice）概念開(kāi)始火爆，各大技術(shù)“峰會(huì)”均以“微服務(wù)”為主題展開(kāi)討論。“微服務(wù)”架構(gòu)（Microservices Architecture，MSA）主要依賴領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、敏捷方法論、持續(xù)交付、虛擬化和基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化、DevOps這些內(nèi)容。“微服務(wù)”架構(gòu)是把小的服務(wù)開(kāi)發(fā)成單一應(yīng)用的形式，運(yùn)行在自己的進(jìn)程中，并采用輕量級(jí)的機(jī)制進(jìn)行通信，這些服務(wù)都圍繞業(yè)務(wù)能力來(lái)構(gòu)建，通過(guò)全自動(dòng)部署工具來(lái)實(shí)現(xiàn)“獨(dú)立部署”[1-3]。這些服務(wù)可以使用不同的編程語(yǔ)言和不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，并保持最小化管理。因此，“微服務(wù)”架構(gòu)有以下好處：

（1）每個(gè)“微服務(wù)”都相對(duì)較小：易于開(kāi)發(fā)者理解；IDE反應(yīng)更快，開(kāi)發(fā)者更高效；Web容器啟動(dòng)更快，開(kāi)發(fā)者更高效，并提升了部署速度。

（2）每個(gè)服務(wù)都可以獨(dú)立部署，易于頻繁部署新版本的服務(wù)。

（3）易于伸縮開(kāi)發(fā)組織結(jié)構(gòu)，提升故障隔離。

（4）每個(gè)服務(wù)可以單獨(dú)開(kāi)發(fā)和部署

3 微服務(wù)化改造及設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)“微服務(wù)”技術(shù)路線的深入研究，對(duì)氣象信息決策系統(tǒng)現(xiàn)有的功能模塊進(jìn)行升級(jí)改造，下文按照“微服務(wù)”的架構(gòu)思想，設(shè)計(jì)了氣象信息決策支持系統(tǒng)微服務(wù)化改造方案，并通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)。

3.1 確定改造原則

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

（1）開(kāi)發(fā)規(guī)范：遵循國(guó)家預(yù)警信息發(fā)布中心集約化業(yè)務(wù)管理辦法和開(kāi)發(fā)規(guī)范，項(xiàng)目全部部署于集約化平臺(tái)，能夠提供可復(fù)用的數(shù)據(jù)、算法等接口服務(wù)。

（2）業(yè)務(wù)分解原則：按照領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)原則和單一職責(zé)原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有業(yè)務(wù)的分解。

（3）部署原則：實(shí)現(xiàn)獨(dú)立部署，每個(gè)“微服務(wù)”獨(dú)立運(yùn)行在各自的進(jìn)程中，加快部署速度。

（4）輕量級(jí)通信：“微服務(wù)”間通信應(yīng)采用輕量級(jí)的通信協(xié)議。

3.2 梳理數(shù)據(jù)服務(wù)現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)氣象信息決策支持系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行梳理，確定目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)包括四大類(lèi)：預(yù)警信息服務(wù)、突發(fā)事件服務(wù)、氣象信息服務(wù)和基礎(chǔ)信息服務(wù)。預(yù)警信息服務(wù)包括獲取所有生效預(yù)警服務(wù)、獲取熱門(mén)預(yù)警數(shù)據(jù)排行服務(wù)、獲取31省及自治區(qū)預(yù)警數(shù)量排行服務(wù)等；突發(fā)事件服務(wù)包括獲取突發(fā)事件詳情數(shù)據(jù)服務(wù)、熱點(diǎn)預(yù)警分析服務(wù)等；氣象信息服務(wù)包括獲取氣溫、降水、雷達(dá)圖、云圖、臺(tái)風(fēng)、“落區(qū)”數(shù)據(jù)等服務(wù)；基礎(chǔ)信息服務(wù)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(kù)水位數(shù)據(jù)、城市預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等服務(wù)。

3.3 確定業(yè)務(wù)分解方案

將單體架構(gòu)的應(yīng)用拆分為“微服務(wù)”時(shí)，應(yīng)考慮“微服務(wù)”的顆粒度問(wèn)題。根據(jù)“微服務(wù)”單一職責(zé)原則，結(jié)合氣象信息決策支持系統(tǒng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景及數(shù)據(jù)服務(wù)現(xiàn)狀情況，將系統(tǒng)功能分為四個(gè)“微服務(wù)”工程，分別為：預(yù)警信息服務(wù)工程、突發(fā)事件工程、氣象信息服務(wù)工程和基礎(chǔ)信息服務(wù)工程，并對(duì)四個(gè)“微服務(wù)”工程進(jìn)一步分解為45個(gè)“微服務(wù)”，并按照國(guó)家預(yù)警信息發(fā)布中心的開(kāi)發(fā)規(guī)范，對(duì)45個(gè)“微服務(wù)”進(jìn)行代碼改造。基于“微服務(wù)”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(wù)化改造架構(gòu)圖

3.4 “微服務(wù)”功能測(cè)試

“微服務(wù)”架構(gòu)下，氣象信息決策支持系統(tǒng)拆分成很多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的服務(wù)，這些微服務(wù)間通信采用輕量級(jí)的通信協(xié)議，采用REST服務(wù)進(jìn)行通信，因此需要定義各種各樣的服務(wù)接口[5]。具體來(lái)說(shuō)，在基于Spring Cloud的“微服務(wù)”模式中，各個(gè)“微服務(wù)”會(huì)基于Spring MVC的Controller定義多個(gè)該微服務(wù)需要向外部發(fā)布的接口。我們采用Swagger工具進(jìn)行“微服務(wù)”接口測(cè)試。Swagger是一款基于YAML、JSON語(yǔ)言的文檔在線生成和代碼自動(dòng)生成的工具，通過(guò)Swagger-UI就可以完成對(duì)所有接口的測(cè)試。

3.5 獨(dú)立部署

采用持續(xù)集成的方式進(jìn)行“微服務(wù)”工程部署，持續(xù)集成滿足了“微服務(wù)”獨(dú)立、進(jìn)程隔離的特點(diǎn)[6]，為“微服務(wù)”提供了開(kāi)發(fā)、測(cè)試、構(gòu)建、部署與運(yùn)維一整套自動(dòng)化流水線。系統(tǒng)部署時(shí)，考慮容災(zāi)備份，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的雙機(jī)備份和容災(zāi)，避免單點(diǎn)故障。

4 結(jié)語(yǔ)

在深刻理解“微服務(wù)”技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)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(wù)場(chǎng)景，研究設(shè)計(jì)了微服務(wù)化的升級(jí)改造方案，通過(guò)確定改造原則、梳理數(shù)據(jù)流程現(xiàn)狀、確定業(yè)務(wù)分解方案、功能測(cè)試及部署五個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象信息決策支持系統(tǒng)的微服務(wù)化，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能能夠靈活應(yīng)對(duì)本地化和行業(yè)化需求。

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