# 凌晨一点，车间数据断了：这一年我把物联网平台的驱动全拆成独立进程，然后开源了

## 一、从一个报障电话说起

凌晨一点，手机在床头震。客户车间的值班员声音发闷："大屏上十几个点位全断了，数据不刷新了。"

我爬起来远程连上去看：平台进程活着，页面也打得开，就是采集全停了。翻日志翻到两点多，定位到了原因——协议驱动里一处类加载的问题在慢慢泄漏内存，把整个平台的堆一点点吃光了。Modbus 的数据本来还是好的，最后也被一起拖死。

那个晚上我想明白一件事：**把所有协议驱动塞在一个单体进程里，靠 SPI 动态加载来做"插件化"，这件事本身就不成立。** 类隔离做不干净，一个协议出问题，全体陪葬。驱动越多，这事越无解。

第二天我没有先去修那个 bug，而是把架构图撕了重画。重画出来的东西，就是今天要聊的 UNIHH-IOT——一套前后端完整的开源物联网数据采集与管理平台，最近我刚把它整理出来。

## 二、第一个决定：驱动不是插件，是独立进程

新架构里没有"插件"这个概念了。每个协议就是一个独立的 Java 进程：

```text
unihh-driver-modbus   Modbus TCP/RTU   端口 28011
unihh-driver-s7       西门子 S7 系列    端口 28012
unihh-driver-opcua    OPC UA           端口 28013
```

平台本体反而很简单，就三个服务：统一网关（28000）、管理中心（28001）、数据中心（28002）。

驱动和平台之间不直接调用，全部通过一条 EMQX MQTT 总线说话。驱动进程一启动，先挂遗嘱，再广播注册，然后每 5 秒上报一次心跳：

```text
iot/driver/register                     驱动上线，广播自己的 HTTP 地址和元数据
iot/driver/heartbeat                    周期心跳，附带活跃通道指标
iot/driver/{driverCode}/status          上线/下线状态（遗嘱也走这条，retained）
iot/driver/{driverCode}/data            点位数据上报
iot/driver/{driverCode}/cmd             反向控制指令
iot/driver/{driverCode}/device/config   设备配置定向下发
```

这么拆之后，最直接的变化是：**某个驱动崩了，重启它就行，平台和其它协议完全无感。** 你在网页上新增一台设备，配置通过主题热下发到对应驱动，不用重启任何进程。MCU 时代那句老话在这里依然好使——模块之间只靠消息通信，系统才经得起折腾。

驱动在平台上的样子是一张张卡片，带状态灯和心跳自检按钮：

![在这里插入图片描述](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-4868272/89b8197bd941d580acd5e5a2fb0183b2.png)



## 三、一条 TCP 连接就是一问一答：通道锁的由来

拆完架构，以为能消停一阵，结果被两笔撞车的请求教育了。

现场设备都走以太网：Modbus TCP 的 502 端口，西门子 S7 的 102 端口，一台设备一条 TCP 会话。平台这边，轮询引擎在按周期采集，页面上运营人员随时可能手动反写一个设定值。某天这两笔请求几乎同时发到了同一条连接上——很多设备和网关是严格的一问一答处理模型，两笔请求塞进去，应答就可能错序、串号：变频器的转速应答被当成温度解析出来，数据莫名其妙地跳。

这种问题在测试环境很难复现，因为测试时没人和你抢连接；到了现场，轮询和反控是常态并存的。

最后的解法落在驱动底座里：**每条设备通道一把锁，读写全部排队。**

```java
public ReentrantLock getChannelLock(DeviceConfig config) {
    return channelLocks.computeIfAbsent(key, k -> new ReentrantLock(true));
}
```

注意用的是公平锁。因为排队的有两种人：轮询引擎的周期采集，和前端下发的反向控制。公平锁保证先到先得，不至于采集把反控指令饿死——现场改个设定值要点好几下才生效，操作工会直接打电话给你。

这个问题不新鲜，但只有在现场看着数据跳起来，你才会真正给它排上优先级。

## 四、驱动断电了，平台怎么知道？

分布式带来另一个问题：驱动成了独立进程，它死在十几公里外的机房里，平台怎么知道？

靠运维盯着是不现实的。这里用了两层机制：

**第一层，MQTT 遗嘱（LWT）。** 驱动连上 EMQX 时预先注册一条遗嘱消息，retain 住。进程正常下线会主动发 offline；但如果是断电、`kill -9` 这种"没有告别"的死法，TCP 连接悄悄断掉，就由 Broker 代发遗嘱。平台收到遗嘱，把驱动置离线，并级联把下挂设备全部标记离线。retained 保证晚启动的订阅方也能拿到最后的状态，不会出现"重启平台之后大家都显示在线"的假象。

**第二层，看门狗兜底。** 心跳超过 15 秒没来，直接置离线。万一遗嘱因为网络抖动丢了，这层还能兜住。

工业现场对"状态可信"的要求比互联网场景苛刻得多——大屏上这台泵明明显示在线，人跑过去发现早停了，这种事出一次，客户就不信你的系统了。

## 五、数据存哪：不押注任何一个数据库

采集上来的数据往哪放，是每个物联网平台都绕不开的问题。我的做法是把存储做成接口加路由，不替使用者做决定：

- **TDengine** 存时序数据，专业的活交给专业的库；
- **MySQL** 存业务配置和台账；
- **Redis** 做点位实时值镜像，大屏要的"当前值"直接查缓存，不碰时序库；
- 本地内存环形缓冲兜底，数据库抖一下不至于直接丢数据。

想接 InfluxDB、ClickHouse 或者别什么新库，实现一个引擎类注册进去就行，业务层一行不用改。另外单条保存和批量保存是两个独立接口：周期采集的高频数据走批量削峰，告警这种关键消息走单条立刻落库，不攒批。

## 六、界面长什么样

平台是 Vue 3 + Element Plus 写的前端，功能上该有的都有。挑几张图看看。

登录进来首先是监控大盘，设备在线率和点位数据的总览：

![在这里插入图片描述](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-4868272/8434a077ec14eac15ec9268725d3b225.png)


设备台账，连接参数、在线状态、下挂点位都在这一层管理：

![在这里插入图片描述](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-4868272/76d48a7c65c7989ab7b93843d0510de2.png)


物模型是平台的核心抽象，属性、服务、事件三要素，物理点位和模型测点在这里做映射绑定。这一层做好，上层的规则和告警才写得动：

![在这里插入图片描述](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-4868272/70bcc5b5e757724657f99ebb0c18b022.png)


实时数采监测，点位值、品质戳、时间戳直接看：

![在这里插入图片描述](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-4868272/093038bc0135ca66878eff57311a5993.png)


规则引擎做联动计算和告警判定，采集数据经过清洗校准后在这里分流：

![在这里插入图片描述](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-4868272/8cf103bdf49b1fa0c9a6f8c5fb2526a0.png)


告警事件有完整的记录和处理流转，谁处理的、什么时候处理的都留痕：

![在这里插入图片描述](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-4868272/37f2944657bec4107ab64c210261daab.png)


此外还有完整的 RBAC（用户/角色/菜单）、操作审计日志、数据字典这些管理后台的基本盘，篇幅原因不逐个贴了。

## 七、64MB 堆，跑在工控机上

做边缘部署的时候，资源是真的紧。工控机、树莓派这种环境，你没法给它一个 2G 堆的 JVM。

所以编码层面就一直按小内存的习惯来：基本类型优先、对象复用、避免轮询路径上的临时对象。启动参数也给出了一套推荐配置：

```bash
# 核心业务服务（64MB~128MB 堆）
java -server -Xms64m -Xmx128m -XX:MaxMetaspaceSize=128m \
     -XX:+UseSerialGC -jar unihh-admin.jar

# 协议驱动（32MB~64MB 堆）
java -server -Xms32m -Xmx64m -XX:+UseSerialGC -jar unihh-driver-modbus.jar
```

小堆上 SerialGC 反而比 G1 稳，停顿短，行为可预期。另外整套平台没有引入注册中心和配置中心，服务地址就在 `application.yml` 里显式写死——在边缘环境里，少一个中间件就少一个故障点，`java -jar` 拷过去就能跑，现场工程师不需要懂微服务治理那套东西。

## 八、写一个新驱动，三步

平台已经内置了 Modbus、西门子 S7、OPC UA 三个驱动，但现场协议永远比驱动多。所以驱动底座的易用性是我最在意的部分——写一个新协议驱动，只需要三步。

**第一步**，引入 `unihh-protocol` 依赖：

```xml
<dependency>
    <groupId>com.unihh.iot</groupId>
    <artifactId>unihh-protocol</artifactId>
    <version>1.0.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
```

**第二步**，继承 `AbstractDriverPlugin`，只关心协议本身：

```java
@Component
@IoTDriver(code = "custom-protocol", name = "自定义协议驱动", version = "1.0.0")
public class CustomDriverPlugin extends AbstractDriverPlugin {

    @Override
    public boolean openConnection(DeviceConfig config) throws Exception {
        // 与设备握手建连
        return true;
    }

    @Override
    public ParsedPayload readPoints(DeviceConfig config,
                                    List<ThingModel.PropertySpec> points) throws Exception {
        ParsedPayload payload = new ParsedPayload();
        // 批量读点位: payload.addPoint(code, value, quality, timestamp)
        return payload;
    }

    @Override
    public boolean writePoint(DeviceConfig config, String pointCode,
                              String address, Object value, String dataType) throws Exception {
        // 反控：编码报文写下去
        return true;
    }
}
```

**第三步**，写个启动类，跑起来。

注册、心跳、遗嘱、配置拉取、采集调度、通道锁，这些全部由底座托管，一行都不用写。你只实现"怎么连接、怎么读、怎么写"这三件事，剩下的生命周期平台替你管。

## 九、仓库、演示与部署

地址：

- GitHub：[github.com/unihh-iot/UNIHH](https://github.com/unihh-iot/UNIHH)
- Gitee：[gitee.com/giteeRepo/unihh](https://gitee.com/giteeRepo/unihh)
- 在线演示：[demo.unihh.com](https://demo.unihh.com)（账号 `admin` / `unihhiot`）
- 默认账号：平台 `admin` / `unihhiot`，EMQX Dashboard（18083 端口）`admin` / `public`，MQTT 总线鉴权 `unihh` / `unihh`

### Docker 镜像部署（推荐）

仓库里每个服务都带了 Dockerfile，配合根目录的一键脚本，整套平台可以直接以镜像方式跑起来：

```bash
# 打包全部微服务镜像（也可指定单模块，如 unihh-driver-modbus）
./build-docker.sh

# 一键起整套：MySQL 8 + EMQX + 网关 + 管理中心 + 数据中心 + 三个协议驱动
docker compose up -d
```

compose 里一共编排了 8 个容器：MySQL 挂了初始化脚本自动建库，EMQX 用的是预置好鉴权配置的专用镜像（`registry.cn-shenzhen.aliyuncs.com/deversun/unihh-emqx`），6 个应用服务走容器网络别名互相寻址，连接参数全部通过环境变量注入——所以整套东西依然不需要注册中心和配置中心。镜像仓库地址和版本号在 `.env` 里统一控制（`DOCKER_REGISTRY` / `VERSION`），要推自己的私有仓库改一行就行。Windows 环境用仓库里的 `build-docker.bat`，效果一样。

前端 `npm run build` 出 dist 交给 Nginx 托管，接口全部走网关 28000。

如果只是想单独拉个 EMQX 联调驱动，两条命令也够：

```bash
docker pull registry.cn-shenzhen.aliyuncs.com/deversun/unihh-emqx:v20261009
docker run -d --name unihh-emqx -p 1883:1883 -p 18083:18083 \
  registry.cn-shenzhen.aliyuncs.com/deversun/unihh-emqx:v20261009
```

### 裸机 JAR 部署

面向边缘工控机的场景，Maven 打包后逐个 `java -jar` 启动即可（推荐 JVM 参数见第七节），不依赖任何中间件治理组件。

技术栈一览：JDK 17、Spring Boot 2.7、EMQX 5.x、MySQL 8、Redis、TDengine 3.x，前端 Vue 3 + Vite。

## 十、写在最后：它还不完美

最后说点实话。

这套平台的 Modbus 和 S7 驱动在项目里跑得最久，被打磨得比较扎实；OPC UA 驱动还年轻，复杂场景下不敢说样样都稳。协议覆盖也远远谈不上全，比如 BACnet——贡献指南里的分支示例名都拿它当了例子，代码还没有。文档也在陆续补，有些设计当时没留字据，写起来得翻代码回忆当时的思路，进度快不起来。

但方向我是认的：**驱动独立进程、总线托管生命周期、状态必须可信、资源占用必须抠。** 这四条是从现场的一个个深夜换来的，后面不管加多少协议，都不打算动摇。

项目用 Apache 2.0 协议开源，仓库在 [GitHub](https://github.com/unihh-iot/UNIHH) 和 [Gitee](https://gitee.com/giteeRepo/unihh)，在线演示环境在 [demo.unihh.com](https://demo.unihh.com)（账号 `admin` / `unihhiot`），可以直接点进去体验。如果你也在做工业数采、边缘网关，或者正被单体物联网平台的驱动加载问题折磨，欢迎拿去用、拿去改。提 Issue、提 PR 都欢迎——尤其欢迎带着现场问题来的那种。

凌晨一点，手机在床头震。客户车间的值班员声音发闷："大屏上十几个点位全断了，数据不刷新了。"

开源一套工业物联网平台：驱动崩了不影响别的协议，64MB 堆跑边缘网关

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