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四川大学硕士论文 基于中间件技术的医院信息化平台 研究与设计 计算机应用专业 研究生陶迭刚指导教师周群彪 近年国# b h i s ( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m 。医院信息管理系统) 领域十 分重视中间件技术的研究与应用，国内也进行了大量研究。软件厂商使用中间 件技术，主要是为了解决h i s 的维护问题。多层结构的思想就是把过于复杂的 大模块细分为多个层次，可以简化模块内部的复杂度。使用中间件技术，目标 是开发一个能够像积木一样随意组合搭建h i s 的工具系统。 随着计算机、通讯技术与医学影像科学在医疗行业的渗透，医疗领域逐步 建立了h i s 、p a c s ( p i c t u r ea r c h i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，医学影 像存储与传输系统) 系统，实现了病人病历信息和医学影像的采集、存储、管 理、传输，使得医疗系统之间医学信息资源的共享成为可能。然而，各个医疗 系统来自不同的开发商，并进行各自独立的系统开发、维护及升级，这就造成 各系统之间数据存储、传输模式差别很大。要建立医疗系统信息共享，首要解 决的问题就是实现医疗信息系统之间的信息交换、共享。 美国医疗行业标准h l 7 ( h e a l t hl e v e l7 ) 的引入使得这一问题得到解决。 作者是结合本人对h l 7 的全面剖析以及在的数字化医院项目组期间工作经历， 对医疗行业软件的认识，利用h l 7 标准以及x m l 数据集成技术对h i s 和p a c s 实现 集成；设计了h l 72 4 标准中间件的主要模块：消息构建、解析、传输模块： 实现了医疗信息交换中消息的构建、发送、接收以及解析的基本交换流程：通 过基于h l 7 标准设计的电子病历，实现了不同医院h i s 与h i s 的异构数据、医疗 四川i 大学坝士论文 售患豹共享。为簇疗霞业信怠交换以及运程会诊的展牙葜定了基礁。 关键字：中间件、h l 7 、x m l 四j i i 大学硕士论文 s t u d y a n d d e s i g n o f h o s p i t a l i n f o r m a t i o n p l a t f o r mb a s e do nm i d d l e w a r et e c h n o l o g y m a j o rc o m p u t e ra p p l i c a t i o n p o s t g r a d u a t et a o 。d a g a n g t u t o rz h o u 。q u n b i a o i nt h el a s tf e wy e a r s ，a b r o a dh i sf i e l dh a v et h o u g h tm u c ho fr e s e a r c h a n da p p l i c a t i o no fm i d d l e s o f t w a r et e c h n o l o g y ，w eh a v ed o n ep l e n t yo f s t u d ya b o u ti t t oa c c o u n tf o rs y s t e m m a i n t e n a n c eo fh i s ，s o f t w a r e c o m p a n yh a v eu s e dm i d d l e w a r e m u l t i l a y e rc o n f i g u r a t i o ni d e ad i v i d e s c o m p l i c a t e dl a r g em o d u l ei n t os m a l l e rp a r t s ，i tc a nr e d u c ec o m p l e x i t y o fm o d u l e a p p l i c a t i o no fm i d d l e w a r et e c h n o l o g yi st od e v e l o pt o o l s y s t e mw h i c hc a na s s e m b l eh i sf r e e l y1 i k et o yb r i c k s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e r ，c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d m e d i c a li m a g et e c h n o l o g yi nm e d i c a ls y s t e m h i s ，p a c ss y s t e mh a sb e e n e s t a b l i s h e di nm e d i c a ld o m a i n g a t h e r i n g ，s t o r i n g ，m a n a g i n g a n d t r a n s m i t t i n go fp a t i e n tc a s eh i s t o r ya n dm e d i c a li m a g e si n f o r m a t i o na r e r e a l i z e d ，w h i c hm a k em e d i c a li n f o r m a t i o nr e s o u r c e s h a r i n ga m o n g h o s p i t a l sp o s s i b l e h o w e v e r ，n o ta l lt h eh i sc o m ef r o mt h es a m es o f t w a r e d e v e l o p e r ，w h i c hc a u s em u c hd i f f e r e n c ei nd a t as t o r a g ea n dt r a n s m i s s i o n m o d ea m o n gt h e m t os h a r em e d i c a li n f o r m a t i o n ，t h em o s ti m p o r t a n tt h i n g i st or e a li z ei n f o r m a t i o ne x c h a n g ea n ds h a r ea m o n g t h e s em e d i c a l s y s t e m s 一i i i 四川大学硕士论文 t h e s ep r o b l e m sh a v eb e e ns e t t l e db yr e f e r e n c eo fa m e r i c am e d i c a l d o m a i ns t a n d a r d ( h l 7 ) t h i sp a p e ri sb a s e do na n a l y s i so fh l 7 a n d e x p e r i e n c eo fw o r ki nm e d i c a ls o f t w a r ed e v e l o pt e a m ，h i sa n dp a c sh a v e b e e ni n t e g r a t e dt o g e t h e rb yh l 7s t a n d a r da n d ) ( m ld a t ai n t e g r a t i o n t e c h n o l o g y ：t h em i d d l e w a r eo f h l 7m o d u l e sh a v eb e e nd e s i g n e dw h i c h i n c l u d em e s s a g ec o n f i g u r a t i o n ，m e s s a g ea n a l y s i s ，t r a n s m i s s i o nm o d u l e ： t h eb a s i cf l o wo fm e s s a g eh a v eb e e nr e a l i z e d t h ed i f f e r e n td a t u ma n d m e d i c a li n f o r m a t i o n sa m o n gd i f f e r e n th i sh a v eb e e ns h a r e da m o n gt h e m b yd e s i g n i n ge l e c t r o n i cm e d i c a lr e c o r d s k e yw o r d ：m i d d l e w a r e 、h l 7 、x m l i v 四j i i 大学硕士论文 1 1 引言 第一章绪论 由于网络世界是开放的，可成长的和多变的，分布性、自治性、异构性已 经成为信息系统的固有特征实现信息系统的综合集成，已经成为国家信息化 建设的普遍需求，并直接反映了整个国家信息化建设的水平，在这种情况之下， 中间件就应运而生 国外学术界给出了明确的中间件定义【1 l ：中间件是一种软件，它能使处于 应用层中的各应用成分之间实现跨网络的协同工作( 也就是互操作) ，这时允 许各应用成分之下涉及的“系统结构、操作系统、通信协议、数据库、和其他 应用服务”1 2 1 各不相同。这一定义可形象地表示成如图1 - 1 图所示。 纳砉r 内含有 圈1 一中闯件的定义 中间件通过网络互连、数据集成、应用整合、流程衔接、用户互动等形式， 已经成为大型网络应用系统开发、集成、部署、运行与管理的关键支撑软件。 随着中间件在我国信息化建设中的广泛应用【3 1 ，中间件应用需求也表现出一些 新的特点： 四川大学硕七论文 1 、可成长性：i n t e r n e t 是无边界的，中间件必须支持建立在i n t e r n e t 之 上的网络应用系统的生长与代谢，维护相对稳定的应用视图。 2 、适应性：环境和应用需求不断变化，应用系统需要不断衍进，作为企 业计算的基础设施，中间件需要感知、适应变化，提供对下列环境的支持： 支持移动、无线环境下的分布应用，适应多样性的设备特性以及不断变化 的网络环境。 支持流媒体应用，适应不断变化的访问流量和带宽约束。 在d r e ( d i s t r i b u t e dr e a l t i m ee n b e d e d ) 环境下，适应强q o s 的分布应用 的软硬件约束能适应未来还未确定的应用要求。 3 、可管理性：领域问题越来越复杂、i t 应用系统越来越庞大，其自身管 理维护则变得越来越复杂，中间件必须具有自主管理能力，简化系统管理成本。 面对新的应用目标和变化的环境，支持复杂应用系统的自主再配置。 支持复杂应用系统的自我诊断和恢复。 支持复杂应用系统的自主优化。 支持复杂应用系统的自主防护。 。 4 、高可信性：提供安全、可信任的信息服务。 支持大规模的并发客户访问。 提供9 9 9 9 以上的系统可用性。 提供安全、可信任的信息服务。 这些新的应用特点对中间件技术的发展提出了新的挑战，也决定了中间件 技术未来几年的发展方向，为了解决上述问题，中间件技术呈现出丰富多彩的 格局。 1 2 项目研究背景 近年来，随着计算机、通讯等信息技术在医学中的应用，医疗卫生事业进 入了崭新的信息时代目前国内的很多医院已经建立了功能完善的医院信息系 统( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m 简称h i s ) 和图像归档及通讯系统( ( p i c t u r e a r c h i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 简称p a c s ) 及放射性信息系统( r a d i o l o g y 四川大学硕士论文 i n f o r m a t i o ns y s t e m 简称r i s ) 。 医学信息主要包括病历信息和医学影像信息，病历资料信息来自医院信息 系统( h i s ) ；影像信息则来自于医学影像归档与通信系统( p a c s ) 系统，由p a c s 系统进行存储、传输、管理。 h i s 系统主要利用计算机和网络通讯设备，为医疗机构所属各部门提供病 人的诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取和数据交换，并满足 所有授权用户的功能需求，是将医疗机构信息进行加工并使其具有一定智能性 的计算机网络软件系统1 4 j p a c s 则以高性能计算机设备为基础，以高速网络连接各种影像设备和相关 科室，利用大容量磁、光存储技术，以数字化的方法存储、管理、传输和显示 医学影像及其相关信息，具有影像质量高、存储、传输和复制无失真、传送迅 速、影像资料可共享等突出的特点，是实现医学影像信息管理【5 l 的重要条件。 p a c s 系统包括各种具有数字接口的高性能医学成像显示设备和服务器、大 容量的在线存储系统、用于备份的磁带库系统、高速传输的宽带网络和p a c s 管 理系统软件【们。因此建设一个较完整的p a c s 系统，需要巨大的经济和技术的投 入。 目前国内大多数医院所应用的h i s 系统，大都不具备将医学影像的存档与 通信纳入其系统中的功能，占医院全部医疗信息量8 0 以上的影像信息没有得 到充分的利用，制约着医生综合诊治水平的提高【7 】，阻碍着医院信息化、网络 化的建设，众多影像设备的社会效益和经济效益没能得到充分发挥。 因此，如何通过医院的网络系统和h i s 系统来调用【7 1 、利用和共享p a c s 系 统的图像信息资源，各个医院和地区之间的信息共享平台的建设、异构数据源 的连接互通等信息共享技术的应用等研究也提到日程上来，有着很大的研究、 应用和推广价值。 医院内部h i s 与p a c s 的集成，医院间p a c s 和p a c s ，h i s 和h i s ，p a c s 和h i s 的系统集成和信息共享是今后医院信息化发展的一个热点。目前这些系统之间 的集成存在着许多障碍，尤其是标准的问题，这是今后医疗信息系统发展主要 必须攻克的难题。要实现医疗信息系统的集成，关键是标准的建立。 p a c s 系统遵循d i c o m ( d i g i t a li m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o n si nm e d i c i n e , 四川大学硕士论文 医学数字成像与通信标准) 标准，它是目前国际通用p a c s 遵循的唯一标准。 d i c o m 标准已经相当成熟，国内的p a c s 系统几乎都有d i c o m 接口，通过d i c o m 标 准进行p a c s 和p a c s 之间的互连理论上是可行的。 然而，我国h i s 是近十年才兴起的一门新型学科，人们对h i s 的认识还不太 完全、理解不一，仍处于一种摸索阶段。虽然目前的医院信息系统( h i s ) 有了 很大的提高，但国内h i s 的开发，由于长期以来各个医院的h i s 都是由医院、公 司等实体开发研制的，没有规范的流程可以遵循1 8 l ，信息的标准以及系统的接 口并不规范，各个系统的操作系统、数据结构以及硬件环境等都不尽相同。众 所周知，没有信息标准化，任何软件产品的大范围推广部有困难，不同部门间 的信息交换也只是梦想。这些产品进入医院时，造成了同一医院内部子系统之 间以及不同医院的系统之间无法连接或进行数据的交换，对以后医疗系统联 网，实现信息共享以及远程医疗造成很大的障碍。 国夕f h i s 领域十分重视中间件技术的研究与应用，国内也进行了大量研究。 软件厂商使用中间件技术，主要是为了解决h i s 的维护问题。在c s 系统中，一 般使用参数定义的方法解决软件的适应性问题。这种方法的缺点是，一旦参数 定义不能满足用户需求，修改程序就可能成为灾难性的工作。因为系统为了满 足参数定义的需要，模块写得十分复杂，修改很容易出现新的错误。多层结构 的思想就是把过于复杂的大模块细分为多个层次，可以简化模块内部的复杂 度。一般中间层可以分成系统层和应用层，应用层与具体应用需求联系密切， 将应用需求分解成独立的对象，是十分重要的工作。使用中间件技术，目标是 开发一个能够像积木一样随意组合搭建h i s 的工具系统，这些属于重要的研究 方向，实际使用还有很多具体问题必须解决。就目前的研究水平看，中间件技 术还不能完全解决系统的维护和客户化问题，还有很长的路要走。s a p ( s e r v i c e a d v e r t i s i n gp r o t o c o l ) 自己不直接为客户建设系统，而是开发了基本系统 和大量工具，由实施公司根据需求，搭建应用系统，一般实施周期在一年左右。 h i s 与e r p 在应用模型上有所不同。医院运行模型更趋稳定，因而系统结构和实 际目标也应不同。 美国卫生信息传输标准( h e a l t hl e v e ls e v e n ( h l 7 ) s t a n d a r d f o re l e c t r o n i cd a t ae x c h a n g ei nh e a l t h c a r ee n v i r o n m e n t s ) 是由非赢利 - 4 - 四川丈学坝上论文 性机构h e a l t hl e v e ls e v e ni n c 研究开发的，得到美国国家标准局的批准。 h l 7 的目标是为医疗信息系统提供统一的信息接口标准该标准得到了广泛的 支持，美国约有8 0 的医疗机构和9 0 的医疗器械厂家采用此标准。美国政府规 定，2 0 0 4 年5 月以前，美国全部医疗信息系统必须支持h l 7 ，h l 7 已经成为政府 强制执行的标准。欧洲拥有自己的接口标准，目前，欧盟已经与美国达成协议， 将统一采用正在研发的、基于x m l 语言的h l 73 o 标准。 国内的医院迫切需要这一种医疗信息标准，通过这种标准接口使实现医疗 系统之间的信息共享成为可能。利用这种标准，构建一种中间层软件，可以快 速、方便地实现医疗信息的共享。 1 3 论文研究的内容和意义 医院信息系统的一个最大的特点，就是信息共享的程度高。然而在国外以 及国内医院信息系统建设比较早的医院，信息系统的功能是逐步扩展而来，不 同的模块可能采用了完全不同的硬件和软件技术，可能为不同的厂商所开发， 整个信息系统的信息管理是分散式的，模块之间无法自然的沟通。如何通过系 统的集成实现信息共享己经成为当前国内外医院面临的比较普遍的问题 9 1 。 异构系统的集成一般可以采用下面两种方法： 1 、将原来的数据移植到新的数据管理软件系统中，为了集成不同类型的 数据，必须将一些非传统的数据类型转化为新的数据类型。这种集成方案的缺 点是：随着数据库管理系统的升级，原来数据的相关应用软件，或是被废弃或 是需要重新开发，以适应新的数据管理系统。因此，移植到一个新的系统通常 不是一个实际的解决方案。 2 、利用中间件技术来集成异构数据库，该方法不需要改变原始数据的存 储和管理方式。中间件位于异构数据库系统( 数据层) 和应用程序( 应用层) 之 间，向下协调数据库系统，向上为访问继承数据的应用提供统一的数据模式以 及数据访问的通用接口。各数据库的应用仍然完成它们的任务，中间件系统则 主要集中为异构数据源提供一个高层次检索服务。 显然中间件系统集成模式是实现异构数据库集成较理想的解决方案。本课 四川大学硕士论文 题采用第二种方法来实现信息的集成，主要设计了一种基于国际医疗信息交换 标准h l 7 ( h e a l t hl e v e l7 ) 的中间件，来实现医学信息在不同医院及系统之间 的共享。 本文分析、研究t h l 72 4 标准，设计并提出了一种新的远程医疗信息共 享的中间件软件，探讨了医疗信息系统的现状和发展趋势，提出了基于h l 7 标 准的远程医疗系统、电子病历系统、病历中心数据库系统之间医疗信息共享服 务及应用的融合性研究方案。对基于h l 7 标准的远程医疗信息共享技术做了较 为深入的研究。探讨不同医疗系统之间异构数据源环境下的数据共享与集成的 实现技术，设计和实现t h l 7 5 b 间层软件，其作用是实现医疗信息系统之间信 息共享，它主要实现以下功能： ( 1 ) 数据的访问透明性，即医院h i s 数据服务器对其上层应用提供位置透明 性，使上层应用只需知道中间层数据即可，无须知道医院h i s 数据源的具体情 况。 ( 2 ) 异构数据源兼容，能够将各家医院h i s 不同的数据管理系统连接起来， 转换成标准的h l 7 消息格式，进行消息的传输以及解析等工作。 ( 3 ) 探讨t h i s 与p a c s 之间集成的消息流程，并按照h l 7 标准构建相应的消 息。 本课题研究的意义在于： ( l ) 建立医院之间的医疗信息交换网络，实现病人资料共享，使远程医疗 信息的异地备份，远程会诊成为可能。 ( 2 ) 依据国际医疗信息交换标准，实现医院内部子系统之间的信息集成， 提高医院内部各子系统之间的协同工作能力。 四川大学硕士论文 第二章中间件技术理论概述 本章主要介绍了开放系统以及多层结构体系分析研究：中间件的定义、特 点；中间件的重要技术r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 远程过程调用及由中间 件组成的d e e 分布式计算环境( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 2 1 开放系统概述 随着计算机软硬件技术的飞速发展，网络技术的普及、客户服务器技术、 分布式技术和高性b 2 r i s c 计算机的广泛应用，使得p c 技术不断向高端领域发 展，用户的应用环境变得异常复杂，许多组织有着种类繁多的硬件系统，它包 括：p c 、各种类型工作站、各种类型的大中型机，以及近几年迅速出现的各式 嵌入式设备；同时，在这些硬件系统上还运行着不同的操作系统和应用软件， 依靠着不同的网络结构，然而在很多情况下却要求在这些异种平台之间协同地 完成工作。用户环境的复杂性、多样性和多变性，导致了歼放系统技术的出现。 在开放系统环境中，存在着不同的结点、资源和应用，地理上分布着的结 点可互连、互通和互操作，以实现应用的合作处理和信息的共享互用，为用户 提供形式多样的应用和服务。随着各个企事业所用的计算机系统规模不断发 展，越来越多的计算机系统被连在一起，表现为大规模的开放式分布结构。 因为将信息处理系统互连的需求不断地增长，分布式系统显得十分重要。 为了管理和利用系统分布，一个组织必须能够处理好系统分布所面i 临的很多特 u i 有问题： 1 、远程性：分布式系统的组件可以是在空间上分散地存在。 2 、并发性：分布式系统中任意一个组件可能与其他组件并发执行。 3 、部分失败：分布式系统中任意一个组件都可能失败，而与任何其他组 件独立无关。 4 、异步性：通信和处理活动并非是由单个全局性时钟所驱动。一个分布 式系统中的相关变化不可能被认为是在一个瞬间的时刻发生。 四川大学硕士论文 5 、异质性：开放系统环境的组织复杂，无法保证这样的系统中的组件都 用同样的技术构建，而且这样的多种技术的集合还必然会随时间而变化。异质 性会出现在很多地方：硬件、操作系统、通信协议和网络、编程语言、应用等。 开放系统要将这些分布在不同平台上，采用不同技术的应用集成在一起，协同 工作。 6 、自主性：一个开放系统环境可能分布在若干个自由管理或者控制当局， 而并不存在一个单独的控制点。自由性的程度指明了处理资源和相关设备受各 个分离的组织实体所控制的状况。 7 、联合性：一个开放系统环境可能跨越多个自主实体，而为了完成一个 目标，不同管理域、技术域通常需要联合起来。 8 、伸缩性：开放系统在规模上是可伸缩的。 9 、发展性：在工作生命周期，开放系统环境通常必须面对许多变化，这 些变化是由技术进步所推动，因为它能带来更好的性价比；也可能是由于新目 标的战略性决策和应用的新类型驱动。 1 0 、移动性：信息源、处理结点和用户都可能在物理位置上移动。程序和 数据也可能在结点间移动，如为了实现性能的优化。 构建这样的系统需要灵活的体系结构，由于单个厂家不具备所有的答案， 所以很关键的是将这个体系结构和实现它的任何功能都定义成一个标准集，由 此而构建出一个开放系统轮廓。开放系统环境具备以下的属性： 开放的提供可移植性和协同工作。 集成的将各种不同的系统资源结成为一个整体，而不必花费昂贵的特 定开发费用。集成性有助于对付异质性。 灵活的能够发展，并且能够让原有的系统存在和继续运行。灵活性有 助于对付移动性。 模块化的允许一个系统中的一些部分是自治的，但是关联的。模块化 是灵活性的基础。 可联合的允许一个系统与来自不同管理域技术域的系统相组合，以完 成一个目标。 可管理的允许一个系统的资源被监视、控制和管理，以支持配置。 一8 一 四川大学硕士论文 满足服务质量需求提供诸如在远程资源和交互的环境中的及时性、可 用性和可靠性的对策。 安全的保证系统设备和数据受到保护，以防止非授权访问。 提供透明性对应用屏蔽掉细节和机制上差异，以克服分布所造成的问 题。 综上所述，丌放系统具有以下必要特征：可移植性、可互操作性、可伸缩 性以及易获得性。 2 2 多层c s 体系结构分析研究 2 2 1 传统两层结构c s 概述 两层c s 体系结构就是两个逻辑上独立的服务器和客户机【1 0 1 通过某种方 法合作完成一项任务，两者是服务和被服务的关系，客户机向服务器发出请求， 服务器按照一定的调度策略完成请求并返回执行结果。两层c s 结构体系如图 2 一l 。 四川大学硕士论文 发 匐匐 在物理上，通常c l l e n t 与s e r v e r 软件是分别运行在不同的计算机上，其中 运行c l i e n t 端软件的系统称为客户端，相对应的运行s e r v e r 端软件的系统称为 服务器端。一般服务器端可以通过网络向一个或者多个客户端提供服务 在逻辑上，一个应用的三个组件部分( 描述、处理和数据) 被分离在客户 端软件和数据服务端软件两个软件实体或层次中。客户端负责实现用户接口功 能，同时封装了部分或者全部的应用逻辑。服务器端的数据库服务器主要提供 数据存储功能，也可通过触发器和存储过程提供部分应用逻辑。如上图所示， 客户机提供用户界面并直接s q l 语句的方式向数据库服务器发出数据请求，数 据库服务器响应客户端的请求，执行客户端发出的s q l 语句。并将执行结果返 回给客户机。 四川i 大学硕士论文 2 2 2 两层结构的特点研究 两层c s 体系结构的最大优点是开发速度快，利用两层结构可以在很短时 间里开发出一个稳定的、使用方便的应用系统。由于开发速度快，系统的开发 成本就比较低1 。运用于两层结构的开发工具比较多，且这些开发工具的功能 又十分强大，本身就具有与原型法及快速开发技术相互交融的特点。因此，两 层c s 体系结构目前仍广泛应用于基于局域网的、客户机数量比较少的m i s 系统 中。 两层c s 结构应用在规模较大的应用系统时，其局限性显而易见： 1 、效率低下客户机通过网络连接访问远程数据，每个活动的客户机必 须与服务器保持连接，不仅降低了服务器的性能也降低了客户机的性能。 2 、安全性差客户端应用程序直接与数据库连接且拥有足够对数据库进 行操作的权限，因此非法用户可以通过客户端对数据库进行客户端功能以外的 操作甚至破坏整个数据库，极大的威胁数据库的安全。 3 、可维护性差系统的大部分应用逻辑都封装在客户端，无法对这些应 用逻辑进行集中控制，每当应用逻辑发生变动时，需要及时更新所有的客户端。 在客户端规模较大的系统中，这些更新的成本相当的大、所需的时间比较长。 4 、不具有伸缩性c s 体系结构无法超越客户机的物理界限，服务器也会 限制这种伸缩。 5 、可移植性差客户端的数据存储依赖于特定的数据库，在不同数据库 之间难以移植。 6 、在基于局域网的、客户端比较少的系统中，两层c s 体系结构的以上缺 点不会非常的明显。但是在广域网、客户端比较多的系统中，克服这些局限性 就显得尤为重要。在这样的背景下，三层c s 或b s 结构就应运而出。 2 2 3 三层体系结构基本概述 随着计算机网络的不断发展与更广泛的应用，两层c s 结构的局限性显得 更为突出。针对两层c s 结构的以上局限性，提出了三层体系结构。 三层结构把数据处理分解成描述、处理( 功能逻辑) 和数据三部分【1 2 1 ， 四川大学硕士论文 即客户端、应用代理服务器和数据库服务器三个逻辑部分如图2 - 2 。 辫户端 闰2 2 三层结构摸塑 3 q l 矗询语 豳处腓结聚 数据库服务器 客户端通常是实现用户界面，它提供一个可视化接口，用来显示和收集数据， 只与应用代理服务器进行交互；应用代理服务器通常实现应用逻辑，是连接客 户端与数据库服务器的一个桥梁，也是一个隔离带，它响应客户端发送的请求 执行某个任务，完成对数据库服务器的操作并将操作结果反馈给客户端；数据 库服务器实现数据的定义、维护、访问、更新以及管理，并响应应用代理服务 器发送的请求。他的物理实现可以是在某一种数据库管理系统中，也可以是异 构数据库的集合，这种数据库可以运行在多种平台上 需要指出的是三层体系结构中的所谓“三层”是指逻辑上的描述、处理和 数据三层，并不是指物理上的三层。但在实际应用中，应用代理服务层的组件 通常可分成两个以上的层次，因此这种结构也被称为多层结构。 三层结构根据客户端和应用代理服务器的实现方式可以分为三层c l s 结构 和三层b i s 结构。一般的三层c l s 结构的客户端和应用代理服务器是根据系统逻 辑功能指定开发的应用程序；而三层b i s 结构客户端是用浏览器实现用户服务 功能，应用代理服务器则e b w e b n 务器担当。 面目画 阴j i i 大学硕士论文 2 2 4 三层体系结构的优势分析 三层结构是在研究和总结两层结构局限性的基础上发展起来的，基本上克 服了两层结构的缺点。因此，三层结构与两层结构相比较【i 孔，具有以下优点。 ( 1 ) 加强了系统的安全性。从三层结构的体系结构中可以看出，作为客 户端与数据库服务器连接桥梁的应用代理服务器把客户端与数据服务器隔离 开。客户端不能直接连接、访问数据库服务器。应用代理服务器可以控制那些 数据被访问和修改以及修改和访问这些数据的方式。此外，对应用和数据的存 储权限可以分层次进行设定，即使外部的入侵者突破客户端的安全防线，在应 用代理服务器和数据库服务器中设置其他的安全机构也可以阻止入侵者进入 数据库服务器。这样就进一步提高了系统的安全性。 ( 2 ) 提高了系统效率。三层结构中，客户端与应用代理服务器之间的连 接实际上只是一些简单的通信协议，与数据库服务器连接所需要的设置或驱动 程序都由应用代理服务器来承担。这既减轻了客户端的负担也降低数据库服务 器的连接代价，使服务器专心于数据服务而不是频繁的和客户端进行交互。多 个层次的逻辑关系清晰，真正做到了“瘦客户”。 ( 3 ) 增强了系统的可伸缩性。三层结构是明确进行分割的，逻辑上各自 独立且可以单独实现。由于是逻辑上的划分，物理上并不一定是一一对应的， 因此三层结构的硬件系统构成可以非常的灵活，各个部分可以选择与其处理负 载和处理特性相适应的硬件。只要在体系上遵循三层结构的原则，三个层次可 以在一台计算机上，也可以分布在两台或更多的计算机上。 ( 4 ) 提高系统的可维护性。由于系统的应用逻辑被封装在应用代理服务 器中，只要通过修改应用服务器中的应用程序而不用更新客户端的应用程序就 可以实现整个系统的应用逻辑变化需求。这样就可以降低系统的维护费用和维 护时间。 ( 5 ) 具有较好的开放性。由于应用代理服务器的每个组件都有标准的接 口，用户可以根据自己的需要重写自己的客户端程序或自己的浏览器程序。由 于三层结构的以上优点，三层结构广泛的应用于基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的 m i s 统中。 四j i l 大学硕上论文 但三层结构的实现逻辑功能的开发工具却没有两层结构的多，且开发工具 相比较而占也要少。 2 3 中间件概念、特点及分类研究 2 3 1 中间件概念 随着计算机技术的飞速发展，各种各样的应用软件需要在各种平台之间进 行移植，或者一个平台需要支持多种应用软件和管理多种应用系统，软、硬件 平台和应用系统之间需要可靠和高效的数据传递或转换，使系统的协同性得以 保证。这些，都需要一种构筑于软、硬件平台之上，同时对更上层的应用软件 提供支持的软件系统，而中间件正是在这个环境下应孕而生。 由于中间件技术正处于发展过程之中，因此目前尚不能对它进行精确的定 义。 比较通行的定义是：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应 用系统借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机f j 务器 的操作系统之上，管理计算机资源和网络通讯。 从中间件的定义可以看出，中间件是一类软件，而非一种软件；中间件不 仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；中间件是基于分布式处理的软件， 定义中特别强调了其网络通讯功能。 2 3 2 中间件特点分析研究 通常意义下，中间件应具有以下的一些特点：满足大量应用的需要；运行 于多种硬件和o s 平台；支持分布式计算，提供跨网络、硬件和o s 平台的透明性 的应用或服务的交互功能；支持标准的协议；支持标准的接口。 程序员通过调用中间件提供的大量a p i ，实现异构环境的通讯，从而屏蔽 异构系统中复杂的操作系统和网络协议。 中间件提供客户机与服务器之间的连接服务，这些服务具有标准的程序接 口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范 四川大学硕士论文 的多种实现。 由于标准接口对于可移植性和标准协议对于互操作性的重要性，中间件已 成为许多标准化工作的主要部分。对于应用软件开发，中间件远比操作系统和 网络服务更为重要，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环 境，不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新， 并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了 企业在应用软件开发和维护中的重大投资 中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件 在不同的技术之间共享资源。中间件软件管理着客户端程序和数据库或者早期 应用软件之间的通讯。 中间件在分布式的客户和服务之间扮演着承上启下的角色，如事务管理、 负载均衡以及基于w e b 的计算等。 利用这些技术有助于减轻应用软件开发者的负担，使他们利用现有的硬件 设备、操作系统、网络、数据库管理系统以及对象模型创建分布式应用软件时 更加得心应手。由于中间件能够保护企业的投资，保证应用软件的相对稳定， 实现应用软件的功能扩展；同时中间件产品在很大程度上简化了一个由不同硬 件构成的分布式处理环境的复杂性，所以它的出现正日益引起用户的关注。 世界著名的咨询机构1 3 1 ) t h es t a n d i s hg r o u p 在一份研究报告中归纳了中间 件的十大优越性： ( 1 ) 应用开发：t h es t a n d i s hg r o u p 分析了1 0 0 个关键应用系统中的业 务逻辑程序、应用逻辑程序及基础程序所占的比例；业务逻辑程序和应用逻辑 程序仅占总程序量的3 0 ，而基础程序占t 7 0 ，使用传统意义上的中间件一项 就可以节省2 5 6 0 的应用开发费用。如是以新一代的中间件系列产品来组合 应用，同时配合可以复用的商务对象构件，则应用开发费用可节省至8 0 。 ( 2 ) 系统运行：没有使用中间件的应用系统，其初期的资金及运行费用 的投入要比同规模的使用中间件的应用系统多一倍。 ( 3 ) 开发周期：基础软件的开发是一件耗时的工作，若使用标准商业中 间件则可缩短开发周期5 0 7 5 。 ( 4 ) 减少项且开发风险：研究表明，没有使用标准商业中间件的关键应 四川i 大学硕士论文 用系统开发项目的失败率高于9 0 。企业自己开发内置的基础( 中间件) 软件 是得不偿失的，项目总的开支至少要翻一倍，甚至会十几倍。 ( 5 ) 合理运用资金：借助标准的商业中间件，企业可以很容易地在现有 或遗留系统之上或之外增加新的功能模块，并将它们与原有统无缝集合。依靠 标准的中间件，可以将老的系统改头换面成新潮的i n t e r n e t i n t r a n e t 应用系 统。 ( 6 ) 应用集合：依靠标准的中间件可以将现有的应用、新的应用和购买 的商务构件融合在一起进行应用集合。 ( 7 ) 系统维护；需要一提的是，基础( 中间件) 软件的自我开发是要付 出很高代价的，此外，每年维护自我开发的基础( 中间件) 软件的开支则需要 当初开发费用的1 5 2 5 ，每年应用程序的维护开支也还需要当初项目总费用 的1 0 2 0 左右。而在一般情况下，购买标准商业中间件每年只需付出产品价 格的1 5 2 0 的维护费，当然，中间件产品的具体价格要依据产品购买数量及 哪一家厂商而定。 ( 8 ) 质量：基于企业自我建造的基础( 中间件) 软件平台上的应用系统， 每增加一个新的模块，就要相应地在基础( 中间件) 软件之上进行改动。而标 准的中间件在接口方面都是清晰和规范的。标准中间件的规范化模块可以有效 地保证应用系统质量及减少新旧系统维护开支。 ( 9 ) 技术革新：企业对自我建造的基础( 中间件) 软件平台的频繁革新 是极不容易实现的( 不实际的) 。而购买标准的商业中间件，则对技术的发展 与变化可以放心，中间件厂商会责无旁贷地把握技术方向和进行技术革新。 ( 1 0 ) 增加产品吸引力：不同的商业中间件提供不同的功能模型，合理使 用，可以让你的应用更容易增添新的表现形式与新的服务项目。从另一个角度 看，可靠的商业中间件也使得企业的应用系统更完善，更出众。 具体地说，中间件屏蔽了低层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一 个简单而统一的开发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业 务上，不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技 术上的负担。 中间件带给应用系统的不只是开发的简单、开发周期的缩短，也减少了系 四川大学硕士论文 统的维护、运行和管理的工作量，还减少了计算机总体费用的投入。t h e s t a n d i s hg r o u p 的调查报告显示，由于采用了中间件技术，应用系统的总建设 费用可以减少5 0 左右。在网络经济大发展、电子商务大发展的今天从中间 件获得利益的不只是i t 厂商，i t 用户同样是赢家，并且是更有把握的赢家。 中间件作为新层次的基础软件，其重要作用是将不同时期、在不同操作系 统上开发应用软件集成起来，彼此像一个天衣无缝的整体协调工作，这是操作 系统、数据库管理系统本身做不了的。中间件的这一作用，在技术不断发展之 后，使以往在应用软件上的劳动成果仍然物有所用，节约了大量的人力、财力 投入 2 3 3 中间件的分类 随着计算机软件技术的发展，中间件技术也已经日渐成熟，并且出现了不 同层次、不同类型的中间件产品。按照i d c 的分类方法，中间件可分为六类。 分别是数据访问中间件、远程过程调用中间件、消息中间件、交易中间件、对 象中间件等 1 、数据访问中间件：是为了建立数据应用资源互操作的模式，对异构环 境下的数据库实现联接或文件系统实现联接的中间件； 2 、远程过程调用中间件：通过这种远程过程调用机制，程序员编写客户 方的应用，需要时可以调用位于远端服务器上的过程； 3 、消息中间件：用来屏蔽掉各种平台及协议之间的特性，进行相互通信， 实现应用程序之间的协同； 4 、交易中间件：是在分布、异构环境下提供保证交易完整性和数据完整 性的一种环境平台； 5 、对象中间件：在分布、异构的网络计算环境中，可以将各种分布对象 有机地结合在一起，完成系统的快速集成，实现对象重用。 目前国内外有不少厂商都开发出自己的中间件产品，其中有全球最大的独 立中间件厂商b e a 公司，还有像i b m 、o r a c l e 和m i c r o s o f t 、h p 、s u n 等大厂商也 早已涉足电子商务中间件。 面向对象的中间件是对象技术和分布式计算发展的产物。业界普遍认为面 四川i 大学硕士论文 向对象是今后中间件发展的主流方向，它提供一种通讯机制，透明地在异构的 分布计算环境中传递对象请求，而这些对象可以位于本地或者远程机器。 面向对象标准原本只有一个，即c o r b a ( 公共对象请求代理体系结构) ，该 标准由包括b e a 、i b m 、o r a c l e 、s u n 和s y b a s e 等公司在内的众多厂商一起制定， 从而形成了一个庞大的c o r b a 联盟势力后来，s u n 推出了企业级 j a v a b e a n s ( e j b ) ，用自己易使用的程序模型来对c o r b a 做出了改进。微软 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，组件对象模型) 的出现，使面向对象中间件市 场里又多了一个标准，这样，面向对象中间件产品实际上形成了两大标准，一 是微软的c o m ，一是j a v a b e a n s 。 从宏观上看，中间件可以分为3 大类： 1 、数据类：用于数据的存取、利用和增值，此类中间件用于构建以数据 为中心的应用。 2 、处理类：把分布在网络结点上的各个应用或处理连接在一起，形成一 个统一的分布式应用。 3 、分布式构件类：支持构件式应用，未来应用的发展方向，目前竞争激 烈。 2 4 远程过程调用及d c e 分布式计算环境 2 4 1 远程过程调用r p c