基于架构软件设计方法及应用

      随着国内外化工行业的繁荣与发展，从2018年开始，某能源集团下属的化工部，连续投资建设了MES（生产制造）系统、设备管理系统、安全管控系统、能源管理系统。这些系统建设得都非常好，无论是业务的切合度，还是系统的运行情况都非常良好。但是这些系统都是各自运行，相互独立。也就形成了一个个所谓的信息孤岛。为了消除这些信息孤岛，该化工部又投资建设了化工生产综合运营管控系统，简称运营管控系统。正好是我们公司承建了该系统，作为公司技术骨干，我有幸担任该系统的架构师，负责整个系统的架构设计。

     运营管控系统主要是集成、整合生产、安全、设备、能源这几个系统。系统主要通过页面或者报表的形式给各相关单位提供查询、分析以及录入数据的功能，同时也为化工部领导做决策分析时提供数据支撑。经过仔细梳理，运营管控系统分为5个大模块，工厂模型、工作台、通用服务、业务活动监测、运营管控。

   我们知道，基于架构的软件设计强调由商业，质量和功能需求的组合驱动软件架构设计。强调用视角与视图描述软件架构，用用例与质量场景描述需求。基于架构的软件设计有三个基础，即功能分解，架构风格的选择，以及软件模板的使用。按照基于架构的软件设计方法的理论，整个过程包括架构需求、架构设计、架构文档化、架构复审、架构实现和架构演化六个阶段。这六个阶段可以说是一步接一步。这六个阶段的具体工作内容，这里就不一一论述了。在我们实际开发过程中，重点是架构需求，架构设计，架构实现这三个阶段。

架构需求

     在需求的前期阶段，我们采用了用户访谈和调查问卷结合的方式，把需求调研团队分成了几组，分别进行需求收集。通过与化工部业务专家的进行详细沟通。我们对运营管控主要业务功能、用户角色等有了整体、全面的了解。之后又制作了调查问卷表格，下发给各级单位业务人员，经过整理分析后，我们基本获悉了各级业务活动、过程细节。在需求的中期阶段，我们在化工部领导的协助和安排下，前往各个化工厂进行实地调研，对化工生产现场进行了观摩，了解了在现在各个化工厂生产方式以及具体生产流程。在需求的后期阶段，我们基本上已经掌握大部分业务需求，通过快速原型法构造出了一个运营管控原型系统，供专家和用户试用与反馈，让用户也参与到设计中，提供了工作流程方面、业务领域方面不可或缺的经验，也为以后项目通过验收提供了有力支持。

架构设计

     在此阶段主要解决的问题是如何合理设计与描述软件架构。根据4+1的视图模型，我们基本按从5个不同的视角来描述软件体系架构，其中包括场景视图、逻辑视图、实现视图、进程视图、物理视图。场景视图使用UML模型中的用例图来进行建模，结合用户需求，在系统中设定了数据录入员、调度员、业务专家、系统管理员等用户角色，并分别为这些角色标识了相应用例。逻辑视图使用UML模型中的包图来进行建模。经过项目组分析讨论，决定采用B\S架构风格开发，将系统分为前端VUE部分和后端Springboot服务两部分，也就是业界比较常见前后分离模式。前端VUE直接部署在Nginx下，后端Springboot都是Jar包形式运行，基本上是一个服务一个Jar包。物理视图使用UML模型中的部署图来进行建模，部署图其实就是服务器如何部署。化工部所有的系统都部署在能源集团的内网，不存在什么内外部署的方式。根据实际情况，我们知道该系统同时在线访问人数不超过100人，按集团运维规定，所有的服务都采用了双节点部署方式。

架构实现

     在这个阶段主要是解决系统构件开发和组装问题。构件来源主要是使用原有的构件和开发新构件。运营管控系统需要与MES系统和安全管控系统进行数据同步，我们使用Apache开源组件ETL实现数据同步；微服务架构的基础框架，如springboot,Spring Cloud、Eureka等。对于常见信息系统共同具备的用户管理、角色权限管理、日志记录、内容维护、消息中心等基本功能，在原来的项目中都有成熟的构件，无需再次开发。对于运营管控系统中所特有的构件，根据具体业务，我们单独开发。在运营管控系统中，我们用到了多种设计模式，例如用单例模式来实现各类编码的生成。构件实现完成后，我们根据不同业务类型，采用了不同的构件组装方式。例如设备管理系统需要从运营管控的工厂模型模块中获取物料信息，采用MQ消息机制。这个过程是不同的系统之间同步数据，采用异步消息方式；涉及审批流程的业务，采用基于工作流的组装方式。

         从运营管控整体开发来看，良好的架构风格选择降低了模块之间的耦合度，同时提高了系统的安全性，可用性和可靠性等多项指标，更大程度的满足系统需求，保证系统后期的快速二次开发和数据接入。但在系统开发过程中也遇到一些问题，有些控制层代码跳过了服务层，直接与持久层的交互使得代码有些混乱，后面我们统一成了三层模式，控制层、服务层、持久层。在服务层我们采用了Redis作为缓存，虽然增加了系统的复杂性，但数据访问速率得到了极大的提高。

      运营管控系统于2023年4月顺利上线，到现在稳定运行半年有余。简单总结一下，我们在项目的架构风格选择等方面积累了更多的经验，同时也暴露出我们团队在架构风格选择方面、在开发方面还是存在一些不足。尽力争取在以后的系统开发中，我们能做到更好，走得更远。