微服务架构

目录

  1. 引言
  2. 微服务职责划分
  3. 服务启动入口与配置
  4. 服务间通信机制
  5. 部署拓扑与中间件依赖
  6. Docker与容器化部署
  7. 部署拓扑图

引言

MultiProtocol是一个用于充电桩管理的微服务架构系统，采用模块化设计将业务逻辑与协议处理分离。该系统由两个核心微服务组成：mp-app（主应用服务）和Mp-protocol-api（协议处理核心），通过清晰的职责划分实现高内聚、低耦合的系统架构。本文档详细阐述这两个微服务的架构设计、通信机制、配置管理及部署方案。

微服务职责划分

mp-app（主应用服务）

mp-app微服务负责系统的业务逻辑处理和用户交互，是整个系统的后端核心。其主要职责包括：

  • 业务逻辑处理：实现充电桩、充电枪、充电站等实体的增删改查操作，处理用户管理、权限控制、计费策略等核心业务逻辑。
  • REST API暴露：通过Spring MVC提供标准的RESTful API接口，供客户端或其他系统调用，如充电桩管理、用户认证、数据查询等接口。
  • 数据库交互：使用MyBatis作为持久层框架，与PostgreSQL数据库进行交互，管理充电桩、用户、会话等结构化数据。
  • 用户管理：实现基于JWT的认证授权机制，管理用户登录、权限验证和会话生命周期。

微服务职责来源

  • [PileController.java](file://mp-app/src/main/java/com/witos/mp/app/adapter/controller/PileController.java#L1-L112)
  • [ProtocolController.java](file://mp-app/src/main/java/com/witos/mp/app/adapter/controller/ProtocolController.java#L1-L41)

mp-protocol-api（协议处理核心）

mp-protocol-api微服务专注于充电桩通信协议的处理，是系统的通信前置。其主要职责包括：

  • TCP长连接处理：使用Netty框架监听指定端口（如38001-38011），接收来自充电桩的TCP连接请求，维护长连接会话。
  • 协议编解码：针对不同厂商的充电桩协议（如云快充V150/V160/V170、绿能V340），实现消息的编码与解码，处理二进制、JSON等格式的数据包。
  • 消息路由：根据协议类型和消息内容，将上行消息路由到相应的处理器进行业务逻辑处理，并将下行指令正确发送到指定的充电桩。
  • gRPC接口暴露：提供gRPC服务接口，允许Mp-app等服务通过高性能的远程过程调用方式向充电桩发送控制指令。

微服务职责来源

  • [DownlinkController.java](file://mp-protocol-api/src/main/java/com/witos/mp/protocol/adapter/DownlinkController.java#L1-L76)
  • [DownlinkGrpcService.java](file://mp-protocol-api/src/main/java/com/witos/mp/protocol/adapter/DownlinkGrpcService.java#L1-L185)

服务启动入口与配置

启动入口

系统通过两个独立的Spring Boot应用作为微服务的启动入口：

  • mp-app启动入口：MpServerApplication类是Mp-app微服务的主启动类。它通过@SpringBootApplication注解启用Spring Boot自动配置，并通过main方法启动应用。启动时会自动加载app-service.yml配置文件，并在启动完成后输出启动耗时日志。

  • mp-protocol-api启动入口：MpProtocolServiceApplication类是Mp-protocol-api微服务的主启动类。它同样基于Spring Boot，但通过scanBasePackages指定了特定的包扫描范围，确保只加载协议相关的组件。其main方法负责启动协议服务。

启动入口来源

  • [MpServerApplication.java](file://mp-app-bootstrap/src/main/java/com/witos/mp/MpServerApplication.java#L1-L55)
  • [MpProtocolServiceApplication.java](file://mp-protocol-bootstrap/src/main/java/com/witos/mp/protocol/MpProtocolServiceApplication.java#L1-L59)

配置文件

每个微服务都有独立的YAML配置文件，实现配置隔离：

  • app-service.yml ：mp-app微服务的配置文件，定义了HTTP服务器端口（8080）、数据库连接（PostgreSQL）、缓存配置（Caffeine/Redis）、Kafka队列、安全设置（JWT）等。通过环境变量（如 SPRING_DATASOURCE_URL）支持不同环境的配置注入。

  • protocol-service.yml ：mp-protocol-api微服务的配置文件，定义了HTTP服务器端口（8081）、gRPC服务端口（9090）、各协议监听器的TCP端口（如云快充V150在38001端口）、以及Kafka生产者配置。该文件明确将 service.type设置为protocol，表明其为纯协议处理服务。

配置文件来源

  • [app-service.yml](file://mp-app-bootstrap/src/main/resources/app-service.yml#L1-L432)
  • [protocol-service.yml](file://mp-protocol-bootstrap/src/main/resources/protocol-service.yml#L1-L274)

服务间通信机制

异步消息传递（Kafka）

两个微服务通过Apache Kafka进行异步消息传递，实现解耦和削峰填谷：

  • 消息类型：ProtocolUplinkMsg 是核心的上行消息类型，封装了来自充电桩的原始数据。当Mp-protocol-api接收到充电桩的上行消息时，会将其序列化为Protobuf格式，并通过Kafka生产者发送到名为 protocol_uplink的主题。

  • 消息消费：mp-app微服务中包含ProtocolUplinkConsumerService消费者，它订阅protocol_uplink主题，从Kafka拉取 ProtocolUplinkMsg消息。消费后，消息会被反序列化并分发到相应的业务处理器，如更新充电桩状态、记录充电数据等。

异步通信来源

  • [ProtocolUplinkMsg.java](file://mp-protocol-api/src/main/java/com/witos/mp/protocol/domain/ProtocolUplinkMsg.java#L1-L24)
  • [ProtocolUplinkConsumerService.java](file://mp-app/src/main/java/com/witos/mp/app/service/queue/consumer/ProtocolUplinkConsumerService.java)

同步远程调用（gRPC）

对于需要即时响应的控制指令，系统采用gRPC进行同步远程调用：

  • gRPC服务端：mp-protocol-api通过DownlinkGrpcService类暴露gRPC服务。它继承自 ProtocolInterfaceGrpc.ProtocolInterfaceImplBase，实现了onDownlink方法，用于接收来自Mp-app的下行控制请求（如启动充电、停止充电、设置电价等）。

  • gRPC客户端：mp-app通过DownlinkGrpcClient类作为gRPC客户端。它维护与Mp-protocol-api的长连接，并提供 sendDownlinkRequest方法。当业务需要向充电桩发送指令时，mp-app会构造RequestMsg，通过gRPC客户端发送给Mp-protocol-api。

  • 通信流程：mp-app -> (gRPC) -> mp-protocol-api -> (TCP) -> 充电桩。gRPC调用确保了指令的可靠、低延迟传输。

同步通信来源

  • [DownlinkGrpcService.java](file://mp-protocol-api/src/main/java/com/witos/mp/protocol/adapter/DownlinkGrpcService.java#L1-L185)
  • [DownlinkGrpcClient.java](file://mp-app/src/main/java/com/witos/mp/app/service/grpc/DownlinkGrpcClient.java#L1-L298)

部署拓扑与中间件依赖

系统依赖于多种中间件来实现其功能：

  • PostgreSQL：作为主数据库，由Mp-app服务连接，用于持久化存储充电桩、用户、站点等核心业务数据。
  • Redis：作为缓存层，由Mp-app服务连接，用于缓存充电桩状态、会话信息等高频访问数据，减轻数据库压力。
  • Kafka：作为消息中间件，是两个微服务间通信的桥梁。mp-protocol-api将上行消息发布到Kafka，mp-app从Kafka消费这些消息。

中间件依赖来源

  • [app-service.yml](file://mp-app-bootstrap/src/main/resources/app-service.yml#L30-L100)

Docker与容器化部署

系统通过Docker实现容器化部署，确保环境一致性：

  • Docker镜像构建：提供了app.Dockerfile和protocol.Dockerfile 两个Dockerfile。它们都基于相同的Java基础镜像，采用多阶段构建。首先在构建阶段编译打包应用，然后在运行阶段提取JAR包的分层内容，实现更小的镜像体积和更快的启动速度。

  • Docker Compose：通过docker-compose.monolith.yml文件定义了本地开发环境的多服务部署。它创建了一个名为 com/witos-network的自定义网络，并定义了mp-node-0服务，该服务使用app.Dockerfile 构建，将容器的8080端口映射到宿主机，并暴露了多个TCP端口（38001等）用于充电桩连接。

容器化部署来源

  • [app.Dockerfile](file://docker/app.Dockerfile#L1-L47)
  • [protocol.Dockerfile](file://docker/protocol.Dockerfile#L1-L47)
  • [docker-compose.monolith.yml](file://docker/docker-compose.monolith.yml#L1-L29)

部署拓扑图

以下Mermaid图展示了MultiProtocol系统的部署拓扑和各组件间的连接关系。

graph TD
subgraph "客户端"
end
subgraph "应用服务层"
App[mp-app]
Protocol[mp-protocol-api]
end
subgraph "中间件"
Kafka[(Kafka)]
Redis[(Redis)]
PostgreSQL[(PostgreSQL)]
end
subgraph "设备层"
Charger[充电桩]
end
App --> |gRPC| Protocol
Protocol --> |TCP| Charger
Protocol --> |Publish| Kafka
Kafka --> |Subscribe| App
App --> |读写| PostgreSQL
App --> |读写| Redis

图示来源

  • [app.Dockerfile](file://docker/app.Dockerfile#L1-L47)
  • [protocol.Dockerfile](file://docker/protocol.Dockerfile#L1-L47)
  • [docker-compose.monolith.yml](file://docker/docker-compose.monolith.yml#L1-L29)
  • [app-service.yml](file://mp-app-bootstrap/src/main/resources/app-service.yml#L1-L432)
  • [protocol-service.yml](file://mp-protocol-bootstrap/src/main/resources/protocol-service.yml#L1-L274)
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Contributors: feng