基于微服務架構的高職院校教育中臺的建設研究

王啟坤　王志勃

關鍵詞：教育中臺；業務中臺；智慧校園；spring cloud alibaba；微服務

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）14-0086-04

0 引言

2022年5月1日正式施行的“中華人民共和國職業教育法”規定：職業教育是與普通教育具有同等重要地位的教育類型。職業教育正式步入了類型教育的發展階段，同時新的職業教育法中明確提出了要推動職業教育信息化建設與融合應用，信息化建設再次成為高職院校發展過程中的重要一環，結合IT行業及本科院校的建設經驗，國內各高職院校相繼開始了“智慧校園”建設。所謂“智慧校園”就是以數字校園的基礎發展而來的另外一種形態，基于數字校園的基礎上利用云計算、大數據及人工智能等技術手段，通過各種智能的終端以及應用為高校師生提供更加智能、個性化的服務，形成智慧化的數字校園[1]。

高職院校雖然在信息化建設方面經過多年的建設有所建樹，但限于技術、投入等多種因素的制約，高職院校的信息化建設始終各自為政、自成一體，管理分割、業務分離，缺少院校級統一、統籌規劃[2]，未能有效地進行統一的校級資源配置，未能打破各部門之間的壁壘。在高職院校內部存在著功能相似的系統重復建設的現象，如人事類系統、教學類系統、學工類系統、后勤類系統等各個類別的信息系統都需要重復收集師生的各類信息，很容易造成各部門之間數據不同步的現象，這顯然不能是“智慧校園”中應該出現的現象。

要解決上述問題，關鍵的就是要站在學校的高度統籌信息系統建設，結合當前IT行業的成熟經驗，有效的解決辦法就是首先建設基于微服務架構的教育中臺，將高職院校的各類業務進行規劃建模，形成校級統一的業務服務，不同的業務部門根據其業務需要按需選用即可，打破“煙囪林立”式的系統架構對高職院校信息化建設的阻礙[3]，其次建設數據中臺和AI中臺，打通原有“數據孤島”之間的鏈路，充分挖掘高職院校數據價值。教育業務中臺是解決這些問題的基礎，是必須要優先建設的。

1 高職院校教育中臺建設階段

高職院校的教育中臺就是以IT技術術語中的“業務中臺”為主體的中臺系統，因此教育中臺承擔了高職院校正常辦學過程中的各類業務，如學生管理、教職工管理、教學管理、科研管理、后勤管理等多種業務，因此教育中臺建設得好與不好直接決定了高職院校的運行是否能夠正常進行，學校各類事務是否能夠高效運行，直接決定了高職院校的運轉效率。研究人員以江蘇電子信息職業學院為例，對高職院校如何進行教育中臺建設進行了研究，將高職院校教育中臺建設分為四個階段，分別是：信息與業務梳理階段、基礎建設階段、教務中臺全面建設階段、業務系統建設階段，其中第四個階段是一個動態的長期進行的階段。通過這四個階段，教育中臺將建設成為涵蓋多個高內聚低耦合的微服務能力開放平臺，每個微服務可獨立運行，通過微服務API相互調用，實現校智慧校園業務的彈性伸縮，快速重構[4]。

1.1 信息與業務梳理階段

建設高職院校教育中臺，信息與業務梳理至關重要，其就好比建樓蓋房中的打地基一樣，基礎不牢，地動山搖。教育中臺建設完成后，不僅要替換掉高職院校當前正在運行的各類信息系統，而且要滿足未來一定時期內的新增業務系統的業務需要，因此，可以從以下三個方面開展信息與業務梳理工作。

1）當前各信息系統的功能分析

該方面的工作主要由教育中臺建設單位的技術人員會同學校信息化部門工作人員對當前學校范圍內的各類信息系統的功能進行深入的調研與分析，重點分析當前各類信息系統的功能點、業務實現邏輯、涉及的學校相關數據的數據結構，輸出各業務系統的業務流程圖、數據結構圖、功能分布圖等各種文檔。該階段工作的主要目的是使教育中臺建設人員對學校各類業務的運行過程進行全面而深入的了解，以便于后期進行科學合理的業務整合。

2）學校各業務部門業務調研分析

為了讓教育中臺的建設成果滿足未來一定時間內各業務部門業務發展的需求，建設人員需要與學校各業務部門的工作人員進行充分的溝通，主要了解業務部門當前運行的信息系統存在的問題、工作人員對信息系統的建議、未來部門業務發展對信息系統支撐業務工作要求、業務工作流程等內容，了解這些信息對于合理規劃教育中臺的微服務非常重要。

3）業務整合

業務整合涉及的工作是在前兩個方面工作的基礎上進行的，由于高職院校信息系統建設的“煙囪式”特點，在不同信息系統中必然存在著相同或相似的功能，業務整合的目的就是將這些相同或相似的功能進行抽取與剝離，形成一個單獨的業務服務，這個單獨的業務服務就表現為教育中臺系統中的一個微服務，該微服務通過開放接口的方式為眾多的業務提供統一的按需服務。如以江蘇電子信息職業學院為例，校內各部門的業務系統基本上都是單獨建設，目前僅實現了統一登錄，其他業務還沒有進行統一的規劃與劃分，因此在對這些業務進行梳理分析后，規劃出了教務服務、教師服務、人資服務、學生服務、財務服務、資產服務、黨建服務、招生服務、黨建服務、流程服務、報表服務、科研服務、清結算服務、支付網關服務等多個校級統一開放服務。

1.2 基礎建設階段

信息與業務梳理階段的工作完成后，教育中臺涉及的業務劃分已經完成，教育中臺的各個微服務也基本確定，高職院校教育中臺系統正式進入建設階段，在基礎建設階段主要是匯總學校各類信息基礎設施資源進行統一規劃，確定基礎設施采購計劃并完成采購，建設教育中臺的基礎服務。教育中臺基礎建設階段主要完成的工作如圖1所示。

1）基礎設施建設

基礎設施建設主要是盤點院校當前可用的IT資產，將分散應用于不同業務部門不同業務系統的網絡設備、服務器設備、存儲設備等進行整合，能夠重復利用的重新應用到教育中臺的基礎建設中來，不能利用的及時報廢處理。教育中臺的基礎設施主要建設網絡設施、服務器設施、存儲設施、電力設施、空調系統、監控設施等；網絡設施為教育中臺提供高速的網絡訪問，以便于支持全校范圍內不同業務部門的訪問需求，一般來說網絡帶寬到少要達到千兆；服務器設施建設應以云服務器為主，鑒于高校的特征性，以建設私有云為主，既能保證數據的安全性又能彈性擴容、按需使用；存儲設施建設以分布式存儲為主的校級存儲系統，擺脫高校原來數據存儲分散的現狀，校級分布式存儲的建設完成后，將更有利于通過大數據等技術挖掘學校的數據價值，更好地輔助學校辦學。監控設施、電力設施與空調系統都是保證教育中臺所在數據中心的安全、穩定、可靠運行的基礎，可以根據高職院校當前現狀進行統籌建設。

2）基礎服務建設

教育中臺的基礎服務是服務于高職院校眾多的統一開放服務，它是抽象提煉出來的通用性服務，其沉淀的能力不僅可以用于教育中臺，未來也可以根據需要用于數據中臺。統一登錄和統一權限是在全校范圍內建設一套統一的登錄與驗證服務，實現各個業務系統的單點登錄；消息推送主要是實現統一的消息推送服務，將分布于各個業務系統的功能進行集中，建設完成后，業務系統將根據需要按需使用，消息推送實現的功能主要有短信、郵件的收發以及對各類終端的信息推送；發布中心主要用于快速發布微服務，實現微服務的快速上線；配置中心用于對微服務進行統一配置，實現配置分離；任務調度中心主要是實現IT系統中各類定時任務的調度，實現相應功能的自行化執行；流程中心主要是實現流程的自行化及可配置化，以支持高職院校中各類業務流程的變動，解決業務管理上流程多變且沒有標準化的系統以滿足功能需求等問題，快速滿足各類業務定制需求，有效提升業務的擴展能力和復用能力[5]；日志平臺與監控平臺是用來存儲各系統的日志及對系統運行狀態進行實時監控的。

1.3 教育中臺全面建設階段

高職院校教育中臺全面建設階段在前兩個階段的基礎上建設教育中臺的核心服務及前臺業務服務。教育中臺涉及的微服務根據其實現作用的不同，采用層次化的設計，分為基礎服務層、核心服務層及前臺業務層，每一個層次中的每一個微服務都是采用分層設計思想開發設計的一個可獨立運行的前后端分離的小系統。教育中臺微服務層次化設計如圖2所示。

教育中臺微服務層次化架構圖中前臺服務層的各微服務對應著高職院校中原有的各類IT系統，但不同點是這些微服務僅僅實現了不同的業務功能，其本身并不存儲核心數據，其作用只相當于人機界面；其功能的實現完全依賴于教育中臺中的核心服務和基礎服務。教育中臺的核心服務是從橫向以業務的角度對高職院校中涉及的各類業務進行劃分，基礎服務是從縱向以功能的角度對高職院校IT系統涉及一些通用服務進行整合，形成功能單一的微服務。通過層次化的教育中臺微服務設計，可以使高職院校IT系統相當多的能力得到復用，再建設新系統時則事半功倍。

教育中臺全面建設階段完成后，高職院校“智慧校園”業務系統形成“大中臺、小前臺”的架構，彈性伸縮能力更強，按需服務能力得到質的提升。

1.4 業務系統建設階段

業務系統建設階段是一個長期進行的階段，是根據高職院校的業務發展而動態進行的一個建設階段。當建設一個新的業務系統時，只需從核心服務和基礎服務中按需選取所需服務即可快速建立新的業務系統。如需要建設一個新的學生成績管理系統時，只需要選擇核心服務和基礎服務中的學生服務、教務服務、教師服務、報表服務、統一登錄、統一權限、日志平臺、監控平臺等即可快速開發出學生成績管理系統。

2 高職院校教育中臺的架構

高職院校教育中臺為學校各業務部門提供基礎性、通用性和引導性技術服務[6]，其架構設計的目的就是要對業務應用屏蔽底層技術的實現細節，其架構設計可以分為能力供給側與能力需求側兩大層面。

高職院校教育中臺從能力供給與需求兩個層面進行總體架構設計，同時在設計時充分考慮未來“中臺”的擴展，整體上分為中臺云基礎設施層、中臺層、前臺業務應用層三個層次。

1）中臺云基礎設施層

中臺基礎設施層以當前業界流行的容器化云進行軟硬件環境建設，其中以私有云為主體，公有云為輔助。私有云的建設主要以開源軟件為主，這樣更有利于后期的運維，可以大幅度減輕高職院校信息化工作人員的壓力。

2）中臺層

中臺層采用微服務的技術解決方案建設基礎服務和核心服務，同時將服務治理、系統保護、安全保證等貫穿于基礎服務和核心服務。在架構設計時，為未來建設數據中臺和AI中臺預留接口，即中臺基礎服務將具備為數據中臺和AI中臺同時服務的能力，最終整個系統將形成“三中臺”的全中臺架構為上層應用賦能。

3）前臺業務應用層

前臺業務層主要就是面向高職院校各業務部門，建設輕量化的業務系統。

完整的高職院校教育中臺建設完成后，將以中臺云基礎設施層和中臺層為能力供給側，為能力需求側提供涵蓋智慧辦公、科研創新、院校治理、智慧教學等多個方面的IT技術能力。

3 高職院校教育中臺的實現

3.1 技術方案

研究人員此次的研究領域主要是高職院校教育中臺的業務中臺，在進行技術實現時選用了當前主流的Spring Cloud Alibaba微服務技術解決方案，教育中臺的技術解決方案原理如圖4所示。

采用微服務方案的教育中臺用戶請求響應過程為：首先用戶在Web或App端發起業務請求，這里的Web或App就是教育中臺的系統架構中小前臺業務系統中各個業務系統對應的業務服務的前端頁面服務，前端頁面接收用戶操作并將操作請求發送到教育中臺的前臺業務應用層中對應的業務系統微服務；然后業務系統后臺微服務再根據需要調用教育中臺的核心微服務，核心微服務再調用基礎微服務完成對用戶請求的響應。微服務之間的調用通過Open Feign 組件實現。在API網關處實現路由、容錯、限流、負載均衡等微服務架構的必要功能；微服務的注冊管理與配置管理由Nacos集群來完成。整個微服務技術方案選用的主要技術組件如表1所示。

3.2 系統實現

高職院校教育中臺基于Java語言開發，中臺服務中每一個微服務都分為api、common、dal、deploy、man?ager、service、web等7個層次，以教育中臺核心服務中的學生服務為例，每個微服務的項目代碼結構如圖5 所示。

web層是微服務內部的請求處理層，是api層接口方法的實現類；service層是業務邏輯層，封裝了具體的代碼實現邏輯；manager是外部接口管理層，主要是調用其他微服務的接口以及第三方平臺接口的代碼；deploy層發布部署層，包含微服務的啟動類，配置類及配置文件；dal層是數據持久化層包含的是對數據庫表進行CURD操作的代碼；common層是通用層，是微服務內部通用的工具類和實體類等；api層是項目對外暴露的接口層，使用OpenFeign定義遠程接口地址，以供其他微服務調用，使用@GetMapping和@PostMap?ping等定義http的Restful接口地址。以學生服務為例，遠程接口定義的實現代碼如圖6所示，@FeignCli?ent為遠程接口定義的注解。

4 結束語

中臺技術作為一種新的創新架構，可以幫助高校快速構建創新校園應用生態，基于“大平臺、微服務、云架構”的思路進行智慧校園應用開發[7]。高職院校教育中臺基于微服務架構進行規劃設計，實現了“大中臺、小前臺”的軟件架構，提高了高職院校信息化系統的彈性伸縮能力，在建設時采用階段化的項目建設思路，共需信息與業務梳理、基礎建設、教育中臺全面建設、業務系統建設等四個建設階段。高職院校教育中臺在進行架構設計時進行通盤考慮，為未來建設數據中臺和AI中臺預留接口，為實現高職院校“三中臺”信息系統架構奠定基礎。