基于分布式状态机的集装箱智能道口软件架构方法

集装箱码头对进出场道口的通过能力始终是要求最高的,衡量道口的直接指标为道口通行效率,道口通行效率直接体现了集装箱码头的作业效率以及对外服务水平,进而直接影响到码头的综合能力。所以,码头普遍使用智能道口实现24小时无人值守,以大幅提升道口的通行效率,单车过闸30秒左右即可通行。这样,在适应进出高峰车流量的同时可大幅缩减码头的道口数量。在这有限的道口配置下,道口软件需要更高的稳定性和可靠性,尽可能保证24小时全年无故障,即使故障出现后也能快速恢复正常,单个道口故障不影响到其他道口的正常作业。否则,道口通行效率会大幅降低,甚至彻底无法通行,很快就会进入排队拥堵状态,即使排故后也不会马上恢复畅通。这不仅影响码头自身的作业生产,也会对社会生活造成困扰和负面影响。

传统道口软件普遍采用单体架构,是因为结构简单,开发容易,部署成本低,只需一台服务器。但是服务程序里任何一个模块出现bug,就可能导致整个系统崩溃。即使单体架构上搭建一套主备结构(见图一),也只是缩短了恢复时间,系统仍然会崩溃,可靠性是不足的。

图一 主备结构下的单体架构

本发明采用分布式架构,将道口服务设计成分布式状态机,可以从根本上提升系统可靠性。

所谓分布式架构(Distributed Architecture),是指在组成集群的多台不同服务器中部署不同的服务模块,通过远程调用(Remote Procedure Call Protocol,简称RPC)和发布-订阅模式(Publish-Subscribe Pattern,简称Pub-Sub)进行协同工作,对外提供服务的服务架构。

所谓状态机(Finite State Machine)也被称为有限状态机,是一种用于模拟和表示系统行为的抽象计算模型。它由一组状态、一个初始状态、一组输入事件以及一组转换规则组成。系统可以在不同的状态之间进行转换,而每次转换都是由特定的事件触发。

本发明将道口服务设计成分布式状态机,以分布式服务的形式部署在分布式服务集群的服务容器(Host)中,利用分布式服务集群的服务注册与发现机制实现服务透明化。也就是说,客户端在访问道口服务时无需知道服务实例的具体网络地址,无需知道它们运行在哪台服务器上,而只需提供道口ID就可以访问得到。比如,可以约定用"一号道口"、"二号道口"等作为道口ID对道口服务实例进行命名、识别和寻址(见图二)。

图二 状态机模型下的分布式架构

分布式服务集群可以保证同一时间同一ID仅会有一个服务实例被激活,激活后不会主动释放,可持续被访问,除非发生崩溃,才会被自动切换到其他服务容器中激活,再继续被访问。也就是说,一个服务实例的崩溃不会影响到容器中其他服务实例的正常运行,单个道口的故障不会影响到其他道口的正常作业。这样,整个系统是非常稳定的,不容易发生整体性的崩溃,显著提升了道口软件系统的稳定性和可靠性(见图三)。

图三 具备容灾机制的分布式架构

相关推荐
沈健_算法小生3 小时前
基于SpringBoot3集成Kafka集群
分布式·kafka·linq
Swift社区3 小时前
ELK、Loki、Kafka 三种日志告警联动方案全解析(附实战 Demo)
分布式·elk·kafka
chanalbert12 小时前
Nacos 技术研究文档(基于 Nacos 3)
spring boot·分布式·spring cloud
线条113 小时前
Spark 单机模式安装与测试全攻略
大数据·分布式·spark
C1829818257521 小时前
分布式ID 与自增区别
分布式
码字的字节1 天前
深入解析Hadoop架构设计:原理、组件与应用
大数据·hadoop·分布式·hadoop架构设计
悟能不能悟1 天前
Dubbo跨越分布式事务的最终一致性陷阱
分布式·wpf·dubbo
黄雪超1 天前
Kafka——Kafka 线上集群部署方案怎么做?
大数据·分布式·kafka
LucianaiB1 天前
AI 时代的分布式多模态数据处理实践:我的 ODPS 实践之旅、思考与展望
大数据·数据仓库·人工智能·分布式·odps
lifallen1 天前
Flink Exactly Once 和 幂等
java·大数据·数据结构·数据库·分布式·flink