CN107959718B - 一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，包括面向云应用的微服务组装与管理平台、基于模板技术的快速开发Web框架及页面组件库、服务运行平台及调用通讯框架和面向公共业务需求的组件服务集；面向公共业务需求的组件服务集符合OSGi规范，可以在面向云应用的微服务组装与管理平台上快速装配、复用；也可以在基于模板技术的快速开发Web框架中，通过代码模板直接调用。本发明采用微服务架构模式，将应用分割成一系列细小的服务，每个服务专注于单一业务功能，应用时按照实际需求组装成OSGi服务，运行于独立的进程中，进而使得服务之间边界清晰，采用轻量级通信机制相互通信，实现完整的应用，满足业务和用户的需求。

Description

一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构
技术领域
本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构。
背景技术
云计算是一种易扩展的计算模型，通过网络的方式为用户提供虚拟化的且可动态伸缩的廉价计算、存储和信息服务。云计算平台内部的实现细节和基础设施对用户是透明的，用户即使不具备云计算平台内部实现的专业知识也可以轻松访问和使用云计算平台提供的服务。云计算技术支持异构基础资源、资源动态扩展、异构多业务体系和海量信息处理等，云计算促进了以基础设备为中心的运营向以服务为中心转型，其按需分配、按量计费的模式减少了运营成本。云计算模式细分为三种模式：SaaS(Software-as-a-Service)即通过网络以服务的形式交付和使用软件的模式，具备按需订购、灵活管理、低运营成本等特性；PaaS(Platform-as-a-Service)是将软件应用开发平台作为服务的模式，将平台可用资源以编程接口的方式提供给开发者，为开发带来便利，提升开发效率，减少开发支出。IaaS(Infrastructure-as-a-Service)是以计算机基础设施资源作为服务提供的商业模式，对基础设施资源抽象和虚拟化并提供方便调度和管理物理资源的接口。通过细分的按量收费方式，使用户可以按照需求更灵活地使用服务。
由此可见，云计算环境下的应用软件以SaaS模式被用户使用，而支持SaaS模式的云应用必须采用云架构进行设计和开发，这就要求设计和开发方法及其支持框架必须采用PaaS模式。从软件研制和运维角度来看，由于云计算环境下企业级应用软件规模庞大、业务复杂、软件研发团队多样；多企业应用对数据保密要求高、不同企业对软件提供的服务质量要求各异，因此云计算环境下企业级应用必须具备如下重要特性：
(1)软件采用多服务模式的分布式体系结构，可以对每个服务单独实现性能调优；
(2)软件包含的服务松耦合，可实现软件的增量式构建，持续交付；
(3)软件服务组件支持异种技术构建，可适应多团队使用异种技术协同开发；
(4)软件服务的多版本化，支持软件产品按客户需求灵活定制，实现多客户产品的应用隔离；
(5)软件服务用量可计量，支持软件的按需租用，按量收费模式。
面向服务架构(SOA)是大型企业级应用软件架构设计的主流方法，国际上著名的标准化组织，如W3C、OASIS、OMG等在此领域制定了非常丰富的标准体系，诸如WebServices、WSDL、UDDI、BPEL、BPMN等规范在业界得到了广泛应用，国际大型软件企业，如IBM、Oracle、Microsoft等纷纷推出了支持SOA架构的框架产品，例如Oracle FusionMiddleware、IBM Websphere、Microsoft BizTalk等。在开源领域，JBoss Seam也提供了强大的SOA解决方案。
近些年来，国内在SOA软件开发和支持框架产品方面取得了长足的进步。除了一些传统的中间件企业转型推出了自己的SOA基础软件产品外，涌现出一批Web应用快速开发平台，如普元EOS、锐道DORADO、开源的JDON Framework等。
另外，还存在一些快速开发框架，如Spring、Struts、WebBuilder、React.js、AngularJS等，支持传统SOA软件的开发，其关注点在快速开发一套完整、独立的SOA系统。
这些SOA平台或框架要么支持全栈的SOA系统开发，要么支持富互联网应用程序(Rich Internet Application，RIA)系统快速构建，但均为面向应用软件的整体开发而设计，对系统的迭代开发和持续构建支持不足，从架构级别上无法满足云平台部署和运营的需求。它们很少关注如何可以让这些平台或框架生产出的系统相互装配，以达到快速生成云应用(SaaS)的目的。而且，快速开发框架主要用于RIA开发，对处理企业复杂关键业务的服务软件支持能力不足。
SOA强调通过企业服务总线(ESB)实现软件服务之间的交互。虽然各个服务之间是松耦合的，但是由于软件系统是事先规划并设计的，所以构成软件的各个服务往往采用同构的技术来实现。因此，采用SOA架构设计的软件系统只有当需要进行异构系统互操作时，才使用Web Services技术实现跨平台操作，而同构服务之间通过ESB方式互操作造成软件规模庞大，对持续构建支持不足，不利于使用异种技术的开发团队对软件进行扩展开发。这样，常见的SOA软件通常采用统一的基础设施，可能都运行在一个应用服务器的进程中，虽然说是面向服务了，但还是单一的系统。
互联网开发对服务治理提出了更多的要求，比如多版本、应用隔离、分布式服务调度、服务用量计费等，这些都是在SOA实践中重视不够的。微服务与SOA相比，更强调分布式系统的特性，比如横向伸缩性、服务发现、负载均衡、故障转移、高可用。
通过以上分析可知，云计算环境下企业应用需要“云架构化”，而实现这一目标的可行之路是采用微服务架构。当前，无论是GAE(谷歌应用引擎)、Heroku(以托管Ruby程序闻名)还是国内的SAE(新浪云引擎)、BAE(百度云引擎)都还处于Web应用程序托管的阶段，其本质只是实现了基于IaaS模式的Web应用软件“SaaS化”，而构建软件的方法仍然采用SOA模式，甚至是传统的组件模型，这就意味着为云应用开发提供支持的PaaS框架的研究和开发尚处于相对落后状态。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，采用微服务架构模式，将应用分割成一系列细小的服务，每个服务专注于单一业务功能，运行于独立的进程中(如虚拟容器)，进而使得服务之间边界清晰，并采用轻量级通信机制(如REST)相互通信，实现完整的应用，满足业务和用户的需求。微服务不再强调传统SOA架构的核心部件企业服务总线，它的最大的优点是比传统架构的应用能更有效地利用计算资源，同时通过扩展微服务来处理功能瓶颈问题。这样一来，开发人员只需要为额外的组件部署计算资源，而不需要部署一个完整的应用程序的全新迭代，最终的结果是宝贵的计算资源得到了合理的利用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，包括
面向云应用的微服务组装与管理平台，用于负责服务封装、装配、运行和管理，是整个系统的核心；
基于模板技术的快速开发Web框架及页面组件库，用于为框架开发各种业务领域的SaaS应用提供了符合标准的、高效的、简单的开发环境；
服务运行平台及调用通讯框架，用于为平台上运行的各类服务、以及平台集成的第三方应用提供通用的数据交换方式，可实现数据通信、应用互联、数据转换和安全传输等功能；
面向公共业务需求的组件服务集，用于提供企业级应用中最常见的公共业务功能；
面向公共业务需求的组件服务集符合OSGi规范，可以在面向云应用的微服务组装与管理平台上快速装配、复用；也可以在基于模板技术的快速开发Web框架中，通过代码模板直接调用。
其中，所述面向公共业务需求的组件服务集基于OSGi规范，用于提供通用组件标准的接口契约，并扩展支持服务组件库；服务组件组装建模后可直接在支持框架下运行，实现组件的“热”部署，支持云应用的持续构建；服务组件接口契约通过模板技术自动生成的，支持异种开发框架通过模板引擎直接生成符合标准的服务组件。
其中，所述接口契约通过如下步骤实现：
S1：软件开发商使用交互模块输入组件配置参数；
S2：配置参数传入代码生成模块，套用定义好的模板；
S3：若需要针对不同技术或开发框架做调整，可以调用不同的插件，插件模块将调整参数融合插件模板，传给代码生成模块；
S4：代码生成模块根据模板，自动生成项目接口规约代码。
其中，所述服务运行平台及调用通讯框架通过运行在一组基于Java EE应用服务器之上的组件的协作来完成，包括运行在Java EE应用服务器内的OSGI容器内的各组件以及运行在OSGI容器内的SCA环境内或OSGI容器外的EJB和其他服务组件。
其中，分布于各OSGI容器内的组件从技术上分为三种类型：普通OSGI Bundle、WebApplication Bundle、SCA Component；它们分别在OSGI容器内和OSGI容器之间通过OSGIRemote Services或SCA reference协议实现容器之间的一体化运行环境，并支持RESTful调用方式，其中Web Application Bundle通过OSGI标准规范定义可以方便发布WEB应用。
其中，服务由开发和运营平台通过OBR(OSGI Bundle Repository)服务安装和部署组件及管理依赖性。
其中，平台通过兼容OSGI安全规范的OSGI Region组件安全隔离机制实现从组件层次将应用“打包”为一些相互引用、数据服务隔离的“Region”，实现灵活的云应用划分。
本发明具有以下有益效果：
本发明为企业级云计算应用软件研发提供了一种架构设计方法，只要采用云方式开发和部署的应用软件，都可使用本发明的方法。因此，它可广泛用于各种行业的云计算应用软件研发，将为以下两类开发者提供帮助：
(1)给最终用户开发或实施行业软件的软件开发商和系统集成商这些厂商用使用本发明的方法，可以快速构建行业SaaS软件系统。
(2)具有自主开发能力的最终用户
此类用户自主地开发SaaS软件为本行业使用，他们在对行业或客户需求进行充分调研的情况下，能承担行业SaaS软件开发商和系统集成商的角色，完成服务组件的开发和组装工作，使用本发明给出的方法可以研发出一系列面向不同行业的SaaS软件产品。
附图说明
图1为本发明实施例云计算环境下企业级应用软件的微服务架构的核心子系统结构示意图。
图2为本发明实施例组件和项目接口规约生成流程图。
图3为本发明实施例中服务运行平台及调用通讯框架的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，通过四个功能子系统协同实现，它们既自成体系，又相互共用部分功能组件，包括
面向云应用的微服务组装与管理平台，用于负责服务封装、装配、运行和管理，是整个系统的核心；
基于模板技术的快速开发Web框架及页面组件库，用于为框架开发各种业务领域的SaaS应用提供了符合标准的、高效的、简单的开发环境；
服务运行平台及调用通讯框架，用于为平台上运行的各类服务、以及平台集成的第三方应用提供通用的数据交换方式，可实现数据通信、应用互联、数据转换和安全传输等功能；
面向公共业务需求的组件服务集，用于提供企业级应用中最常见的公共业务功能，如组织管理、权限管理、全文检索、安全认证、统一门户等。
四个子系统结构关系如图1所示，面向公共业务需求的组件服务集符合OSGi规范，可以在面向云应用的微服务组装与管理平台上快速装配、复用；也可以在基于模板技术的快速开发Web框架中，通过代码模板直接调用。
基于OSGi规范，提供通用组件标准的接口契约，并扩展支持服务组件库。服务组件组装建模后可直接在支持框架下运行，实现组件的“热”部署，支持云应用的持续构建。而服务组件接口契约是通过模板技术自动生成的，支持异种开发框架通过模板引擎直接生成符合标准的服务组件。这样就可以将OSGi容器与异种框架持续集成，达到通过不同种类、不同版本的开发框架开发的服务组件或软件工程项目能够在项目提供的微服务架构环境下和谐集成和运行的目的。
这种组件和软件项目接口规约定义方法可以通过如下步骤实现：
S1：软件开发商使用交互模块输入组件配置参数；
S2：配置参数传入代码生成模块，套用定义好的模板；
S3：若需要针对不同技术或开发框架做调整，可以调用不同的插件，插件模块将调整参数融合插件模板，传给代码生成模块；
S4：代码生成模块根据模板，自动生成项目接口规约代码。
以上运作过程如图2所示。
整个架构方法中，“服务运行平台及调用通讯框架”是支撑该架构运行的关键，其实现是通过运行在一组基于Java EE应用服务器之上的组件的协作来完成。各组件主要运行在Java EE应用服务器内的OSGI容器内(有部份运行在OSGI容器内的SCA环境内或OSGI容器外的EJB和其他服务组件)，如图3所示。
分布于各OSGI容器内的组件从技术上分为三种类型：普通OSGI Bundle、WebApplication Bundle、SCA Component。它们分别在OSGI容器内和OSGI容器之间通过OSGIRemote Services或SCA reference协议实现容器之间的一体化运行环境，并支持RESTful调用方式。其中Web Application Bundle通过OSGI标准规范定义可以方便发布WEB应用。
服务由开发和运营平台通过OBR(OSGI Bundle Repository)服务安装和部署组件及管理依赖性。
单独的一些公共服务组件如：BPM引擎或ESB引擎可以通过标准的OSGI Servicesreference或SCA Component reference规范识别组件服务从而对组件服务进行编排。
其中，由于IaaS层使用了成熟的大型分布式文件存储、数据库集群管理等技术，平台对存储服务平台提供了简单有效的基于中间件和数据库无关性的“数据库群集中间件”和“大型分布式文件存储管理中间件”。
平台通过兼容OSGI安全规范的OSGI Region组件安全隔离机制实现从组件层次将应用“打包”为一些相互引用、数据服务隔离的“Region”。实现灵活的云应用划分。所有这些元素可以打包，由运营平台进行分块可授权的管理，被称为“域”，它内含独立的组件资源、存储资源、系统管理资源等。
本具体实施提出了基于OSGi的通用服务组件标准的接口规约定义方法，利用设计模板以及简单配置就可以构建出符合服务组件标准接口契约要求的应用系统，供开发人员二次开发；采用可持续集成的内核框架设计方法，解决OSGi与主流开发框架Struts2、Hibernate、Spring MVC等的整合问题；采用Docker容器进行微服务部署的方法，此技术可以促进服务的自动化部署、增加独立性、增加可移植性、提高资源利用效率以及增加安全性。
本发明的微服务架构基于OSGi标准制定微服务开发、组装和运行规范，通过Velocity模板引擎实现此规范，形成标准统一的服务组件构建环境，支持对采用任意技术开发的软件组件或软件工程项目的封装，并组装为结构良好的微服务架构软件系统。根据标准开发的服务组件符合规范且具有良好的扩展性，支持持续构建。本发明给出了OSGi与流行的技术框架，如Struts2、Hibernate、SpringMVC、AngularJS等的集成方法，可以据此搭建可持续集成的微服务运行内核，并在此基础上开发面向云应用的软件微服务架构开发支持框架。框架向下可以部署于主流的云计算基础运营平台(IaaS)，向上可以实现对各种企业级应用的数据资源进行分类建模，支持系统梳理、归并，支持新系统及服务组件开发，实现企业级应用软件系统的云服务应用模式，支持软件服务组件的标准化开发、组装、部署、运行、管理和按使用情况计量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，其特征在于，包括面向云应用的微服务组装与管理平台，用于负责服务封装、装配、运行和管理，是整个系统的核心；
基于模板技术的快速开发Web框架及页面组件库，用于为框架开发各种业务领域的SaaS应用的展现层提供了符合标准的、高效的、简单的开发环境；
服务运行平台及调用通讯框架，用于为平台上运行的各类服务、以及平台集成的第三方应用提供通用的数据交换和服务交互方式，可实现数据通信、应用互联、数据转换和安全传输功能；
面向公共业务需求的组件服务集，用于提供企业级应用中最常见的公共业务功能；
面向公共业务需求的组件服务集符合OSGi规范，可以在面向云应用的微服务组装与管理平台上快速装配、复用；也可以在基于模板技术的快速开发Web框架中，通过代码模板直接调用；
所述面向公共业务需求的组件服务集基于OSGi规范，用于提供通用组件标准的接口契约，并扩展支持服务组件库；服务组件组装建模后可直接在支持框架下运行，实现组件的热部署，支持云应用的持续构建；服务组件接口契约通过模板技术自动生成的，支持异种开发框架通过模板引擎直接生成符合标准的服务组件。
2.如权利要求1所述的一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，其特征在于，所述接口契约通过如下步骤实现：
S1：软件开发商使用交互模块输入组件配置参数；
S2：配置参数传入代码生成模块，套用定义好的模板；
S3：若需要针对不同技术或开发框架做调整，可以调用不同的插件，插件模块将调整参数融合插件模板，传给代码生成模块；
S4：代码生成模块根据模板，自动生成项目接口规约代码。
3.如权利要求1所述的一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，其特征在于，所述服务运行平台及调用通讯框架通过运行在一组基于Java EE应用服务器之上的组件的协作来完成，包括运行在Java EE应用服务器内的OSGI容器内的各组件以及运行在OSGI容器内的SCA环境内或OSGI容器外的EJB和其他服务组件。
4.如权利要求3所述的一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，其特征在于，分布于各OSGI容器内的组件从技术上分为三种类型：普通OSGI Bundle、Web ApplicationBundle、SCA Component；它们分别在OSGI容器内和OSGI容器之间通过OSGI RemoteServices或SCA reference协议实现容器之间的一体化运行环境，并支持RESTful调用方式，其中Web Appl ication Bundle通过OSGI标准规范定义可以方便发布WEB应用。
5.如权利要求1所述的一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，其特征在于，服务由开发和运营平台通过OBR(OSGI Bundle Repository)服务安装和部署组件及管理依赖性。
6.如权利要求1所述的一种云计算环境下企业级应用软件的微服务架构，其特征在于，平台通过兼容OSGI安全规范的OSGI Region组件安全隔离机制实现从组件层次将应用打包为一些相互引用、数据服务隔离的Region，实现灵活的云应用划分。
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