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微服务和云原生架构教学案例项目,基于Spring Boot和Kubernetes技术栈
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Staffjoy教学版

微服务和云原生架构教学案例项目,基于Spring Boot和Kubernetes技术栈

课程资料PPT

  1. 第1章 课程介绍和案例需求
  2. 第2章 系统架构设计和技术栈选型
  3. 第3章 服务开发框架设计和实践
  4. 附:课程参考资料链接

项目初衷

微服务和云原生架构是目前互联网行业的技术热点,相关资料文档很多,但是缺乏端到端的贴近生产的案例,这就使得很多互联网开发人员(包括架构师),虽然学习了很多微服务理论,但是在真正落地实施微服务云原生架构的时候,仍然会感到困惑。为此,我利用业余时间,通过改造一个叫Staffjoy的开源项目,开发了这个教学版的案例项目。整个项目采用微服务架构,并且可以一键部署到Kubernetes容器云环境。最近我和极客时间合作,基于这个案例项目开发了一门课程《Spring Boot 与 Kubernetes 微服务实践 ~ 全面掌握云原生应用的架构设计与实现》,参考课程大纲。希望通过实际案例项目和课程的学习,让开发人员/架构师不仅能够深入理解微服务和云原生架构原理,同时能够在生产实践中真正地去落地实施微服务和云原生架构。也希望这个项目成为微服务云原生架构的一个参考模版,进一步可以作为类似项目的脚手架。

课程目标

通过具体案例的形式,教大家使用SpringBoot框架,开发一个贴近生产的微服务应用,并一键部署到Kubernetes容器云环境,帮助大家:

  1. 掌握如何在实践中设计微服务架构和前后分离架构
  2. 掌握如何基于SpringBoot搭建微服务基础框架
  3. 掌握SpringBoot测试技术和相关实践
  4. 掌握服务容器化和容器云部署相关实践
  5. 进一步提升Java/Spring微服务开发技能
  6. 理解可运维架构理念和相关实践
  7. 理解如何架构和设计一个SaaS多租户应用
  8. 理解云时代的DevOps工程实践

项目架构

arch

  • Account API(账户服务),提供账户注册、登录认证和账户信息管理等基本功能。
  • Company API(公司服务),支持团队(Team),雇员(Worker),任务(Job)和班次(Shift)等核心领域概念的管理功能。
  • Bot API,是一个消息转发服务,它一方面作为队列可以缓冲高峰期的大量通知消息,另一方面作为代理可以屏蔽将来可能的通知方式的变更。
  • Mail Sender和SMS Sender,都是消息通知服务,分别支持邮件和短信通知方式,它们可以对接各种云服务,比如阿里云邮件或短信服务。
  • WhoAmI API,支持前端应用获取当前登录用户的详情信息,包括公司和管理员身份,团队信息等,它也可以看作是一个用户会话(Session)信息服务。
  • App(也称MyCompany),单页SPA应用,是整个Staffjoy应用的主界面,公司管理员通过它管理公司、雇员、任务和排班等信息。
  • MyAccount ,单页SPA应用,它主要支持公司雇员管理个人信息,包括邮件和电话等,方便接收排班通知消息。
  • WWW应用, 是一个前端MVC应用,它主要支持产品营销、公司介绍和用户注册登录/登出,这个应用也称为营销站点(Marketing Site)或者登录页(Landing Page)应用。
  • Faraday(法拉弟),是一个反向代理(功能类似nginx),也可以看作是一个网关(功能类似zuul),它是用户访问Staffjoy微服务应用的流量入口,它既实现对前端应用和后端API的路由访问,也实现登录鉴权和访问控制等安全功能。Faraday代理是Staffjoy微服务架构和前后分离架构的关键,并且它是唯一具有公网IP的服务。

Staffjoy微服务间通讯,包括对外暴露API,全部采用JSON over HTTP标准方式。

skywalking

上图是经过调用链埋点监控后,在Skywalking Dashboard上实时呈现出来的服务依赖关系图,这个依赖图和总体架构设计保持一致。

项目技术栈

  • Spring Boot
  • Spring REST
  • Spring Data JPA
  • Spring MVC + Thymeleaf
  • MySql
  • ReactJs + Redux
  • Docker Compose
  • Kubernetes

Staffjoy教学版所采用的技术栈都是目前行业主流,数量不多,如上面架构图所标示。所有微服务(绿色标注)采用Spring REST开发,有数据访问交互的采用Spring Data JPA,数据库使用MySQL。WWW服务使用Spring MVC+Thymeleaf模版引擎开发。Faraday也是一个SpringBoot应用,内部路由和安全等逻辑基于Servlet Filter实现。两个单页SPA应用(暗红色标注)都是采用ReactJs+Redux框架开发。整个应用支持一键部署到本地Docker Compose环境,也支持一键部署到Kubernetes容器云环境,所以Staffjoy的整体架构是支持云原生的微服务架构。

关于项目的进一步说明

  1. 教学版Staffjoy和原版Staffjoy在功能、设计和实现逻辑上基本保持一致,但教学版在原版基础上做了一些改造,以适应教学需要。首先,在开发语言框架上,原版Staffjoy用Golang/Grpc实现微服务,教学版Staffjoy则改造为用国内更主流的Spring(Boot)实现微服务;其次,在架构上,原版Staffjoy因为使用Grpc开发微服务,为了将Rpc服务暴露成HTTP/REST服务,它多一个对应的Grpc API Gateway转换层服务,而教学版Staffjoy因为使用Spring(Boot)开发,直接支持HTTP/REST接口,所以不需要独立转换层服务;第三,原版Staffjoy默认使用SMS短信发送排班通知信息,但在国内开通短信服务需要审批,比较麻烦,所以在教学版Staffjoy中,排班通知默认调整为邮件方式,方便测试和演示。学习理解了Spring(Boot)教学版Staffjoy,很容易理解原版Golang/Grpc开发的Staffjoy,对原版有兴趣的学员可以直接看官方源码
  2. 开发和运行教学版Staffjoy,需要安装一些必要的开发工具(操作系统不限),包括JDK8,Maven依赖管理工具,Intellij IDEA或者Eclipse STS IDE,MySQL数据库和MySQL Workbench管理工具,Nodejs/npm前端开发框架,Postman API测试工具,以及Docker运行时环境。因为Staffjoy服务较多,如果要在本机跑,建议物理内存不少于16G
  3. 教学版的Staffjoy虽然是一个较完整的SaaS应用,并且架构设计中考虑了很多生产性环节,但是它仍然只是一个教学演示项目,仅供学习参考,如果你要将它进行生产化应用(或者基于它的代码做其它项目的脚手架),则仍然需要对其进行严格测试和定制扩展。大家在学习或使用教学版Staffjoy过程中,如果发现有bug,或者对项目有完善扩展建议,欢迎提交github issue.

如何运行

  1. 配置文件

Staffjoy教学版依赖一些私密配置,例如sentry-dsn和aliyun-access-key等等,这些私密配置不能checkin到github上,所以采用了Spring的一种私密配置机制,私密数据集中配置在config/application.yml中,这个文件在gitignore中,不会被checkin到github。请参考config目录中的application.yml.example文件和格式,在config目录中添加一个appliction.yml文件,其中填写你自己的私密配置。如果你暂时没有这些配置,可以暂时用假数据,直接把application.yml.example,改为application.yml,这样应用可以运行起来。注意,如果aliyun相关配置不配,则无法发送邮件或短信,sentry相关配置不配则无法发送异常数据到sentry,intercom不配则不能对接intercom客服系统,recaptcha暂未用可以不配。

TODO

Staffjoy公司和案例背景

Staffjoy曾经是美国硅谷的一家初创公司,成立于2015年,创始人是Philip I. Thomas,公司曾获得Y Combinator等知名机构的投资。Staffjoy的主要业务是为小企业提供工时排班(Scheduling)软件解决方案,帮助企业提升雇员管理效率,主要面向零售、餐饮等服务行业。因业务发展和招聘等原因,Staffjoy公司最终于2017年关闭,在关闭前,公司把核心产品大部分都开源贡献给了Github社区。Staffjoy V2是公司关闭前研发的最新一款SaaS版企业排班系统,目前在Github上有超过1k星,总体设计和代码质量较高,目前有不少企业在定制使用。Staffjoy V2是一个小规模SaaS应用,采用微服务和前后分离架构,支持Kubernetes/GKE容器云环境一键部署,是学习现代SaaS、微服务和云原生架构的一个模版项目。

Staffjoy应用的功能需求

Staffjoy应用的业务功能相对简单,简单讲就是帮助小企业管理者管理雇员和排班,并以短信或者邮件等方式,将排班信息及时通知到雇员。具体讲,Staffjoy主要支持两类用户角色和用例,一类是公司管理员(admin),他们可以通过Staffjoy管理公司(company)、员工目录(directory),团队(team)和雇员(worker),也可以创建任务(job),创建和发布班次(shift)信息;另一类是公司雇员,他们可以通过Staffjoy管理电话和邮件等个人信息,便于接收到对应的排班通知。Staffjoy应用主要以共享版SaaS服务形式提供,也支持针对一些大客户的定制私有部署,这就要求Staffjoy应用易于部署和运维,要支持一键部署到GKE等容器云环境。另外,作为一款SaaS服务产品,良好的市场营销(Marketing)和客服是赢得用户的关键,所以Staffjoy需要提供营销友好的(Marketing Friendly)宣传和登录页(Landing Page),也要支持对接主流的在线客服系统如Intercom。

项目界面预览

1. 首页

landing page

2. 订购计划和价格页

plan and price

3. 登录页

login page

4. 雇员账户管理SPA单页应用

account edit page

5. 我的公司SPA单页应用

scheduling page

其它可供参考微服务案例项目

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