（电路与系统专业论文）教育信息管理网络业务支撑平台.pdf

中文摘要 摘要 从目前我国教育信息管理的信息资料处理来看，对数据的处理目前还只是处 于采用基于w 协d o w s 单机版的管理软件，这些系统都不具备联网处理能力和数据 分析能力，不便于数据的共享和进一步挖掘、分析，网络技术还只是被用于报表 的简单传送，与国内其他行业信息技术的应用相比，处理和运用远远不足。 本文根据软件工程成熟的增量法来开发设计系统，提出系统基础平台的设计 思想，原则和要求，详细分析系统的功能结构，选择j 2 e e 作为系统的主要开发环 境，并结合黜l t i o m lr o s e 作为系统辅助设计工具，为系统的实现奠定了理论和实 践基础。 本文运用当前较为成熟的计算机技术、网络技术等高新技术，探索在h n e m e t 网络下的教育信息管理的综合应用，包括数据采集、审核、汇总、统计分析、检 索、利用以及数据的安全、共享和发布，研究教育信息数据集约化的管理模型、 分类、应用体系的构成和信息资源的实施、计划、预算、组织、指挥、控制、协 调、传播、提取和有效利用，为教育科学研究者提供教育统计信息的检索平台以 及为领导提供决策依据。 本文研究完成了教育信息管理模型、数据格式的标准；业务支撑平台的架构； 分布式与集中式数据库设计；网络环境下业务支撑平台的数据安全设计：数据的 安全及加密设计；异构数据和历史数据的融合；l 格式数据交换、传输等形式， 建立基于1 1 1 t e m e t i _ n 仃趾e t 统一数据管理与开发的业务平台，能够实现数据的采集、 处理、信息发布、一次开发及网络化管理。提供各级领导、机关工作人员、各教 学单位及社会公众根据权限查询和使用教育事业发展有关数据；为各级科研单位 提供基础数据信息。 实验结果：系统通过实际环境下的软硬件联合调试，功能全面稳定，效果好， 实现了预期的设计目标。 关键词：j 2 e e ，信息采集，b s 模式，关系数据库，网络快报 英文摘要 a b s t r a c t f r o mm ec u i t e n td a _ c ap r o c e s s i i 培o fc h i 腿se d u c a t i o nm f o m a t i o n m 砒l a g e m e n t ， t h ed a t ap r o c e s s i i 冯i so i l l yb a s e do nu s i i l gm 吼a g e m e n ts o f h a r eo fw 协d o w s s 哑l d - a l o n ev e r s i o n t h e s es y s t e m sd 0n o th a v et l l e 咖r k i i l gc a p a c 时a n dd a ：c a 删y s i sc 印a c i 够t h e yc a nn o tf a c i l i t a t es h 撕n g ，知l n h e re x c a v a t i o n 锄da n a l y s i so ft h e d a t a c o m p 撕n g 嘶n 1m e 印p l i c a t i o 璐o f 枷f 0 m a t i o nt e c l l i l o l o g yi no 舭rf i e l d s ，m e n e t 、o r kt e c h n o l o g yh 嬲b e e nu s e do i d yt os e i l das h n p l es t a t e m e mi i le d u c a t i o n m a i l a g e m e n t ni sf 打自o mh 锄d l i n ga n du s i i l gi t a c c o r d i n gt 0am a ：t u r ei 1 1 c r e m e n t 址m e t l l o do fs o f h a r ee i l g i n e e r i n gt od e v e l o pt h e d e s i 印 o fs y s t e m s ，衄sp 印e rh 嬲p r o p o s e di t s d e s i 印 c o n c e p t ， p r i l l c i p l e s 觚d r e q l l i r e m e n t sf o rt l l es y s t 锄b a s i cp l a t f o 肌龇1 dh 鹊a i l a l y s e di nd e t a i l so n 血es t m c t u r e o fm es y s t e m 、s 劬c t i o ni ns e l 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说明：本声明及授权书生逝装订在提交的学位论文最后一页。 ， 文 玉 9 六 田 o 一 加 砂 期 期 日 日 字 字 签 签 l 绪论 1绪论 1 1 问题的提出及研究意义 以计算机和网络应用为主要特征的信息技术革命带来了社会生活的极大变 化，教育也不例外，正在成为其迫切的需求者和巨大利益的受益者。教育信息管 理现代化是信息技术在教育管理领域中应用的重要手段。通过网络环境能有效地 促使教育信息管理依托技术水平发生重大的变革。目前所应用的传统的基于 谢d o w s 单机版功能单一的管理软件，存在信息共享困难、归口管理水平较低、技 术手段相对落后、信息系统间协同工作困难、教育信息资源利用率较低等一系列 问题，严重制约着先进的教育信息手段在教育科学管理、宏观决策方面发挥应有 的作用。 从当前社会发展需要和信息技术发展水平来看，教育信息管理在信息采集、 处理、分析、检索等环节，网络化、信息化、现代化水平的提高非常迫切。本项 目也正是在这一需求背景情况下进行研究的。总的来看，其意义体现在： 1 通过信息化手段和综合业务平台，改革传统业务处理方式，有效提高教育 信息管理的效率和水平。 2 通过先进的计算机技术、网络技术、数据库技术等有效地收集数据、处理 数据，达到相关信息数据融合和共享，为教育决策活动、教学科研活动检索教育 信息提供方便、快捷、准确的服务。 3 为教育信息管理部门提供可用的业务工作平台及可借鉴的经验。 1 2 国内外研究现状 教育信息管理在当前信息社会的发展背景下，世界各国都极为重视，建立了 专门的管理部门，投入大量的人力、物力，加强对教育信息的管理。 美国的教育管理思想在2 0 世纪上半叶获得大发展，伴随着信息技术的发展， 美国教育信息管理自2 0 世纪6 0 年代以来，为适应社会发展和教育管理发展需要， 进行了两次大的改革，机构和职能均相应发生了很大变化，建立了美国联邦教育 统计中心，具备教育信息输入和输出的功能。8 0 年代以后，微型计算机与网络技 术的使用和推广，极大地提高了教育信息的处理能力。随着教育信息数量迅速增 加，信息的传播范围扩大，美国加强了教育信息的标准化和规范化管理，增强了 教育研究与评价的力度，使教育信息管理专业化、系统化、科学化程度得以提高。 9 0 年代以来，美国教育信息管理系统的建设进一步完善，各类大型教育信息 数据库基本建成，教育信息管理的发展重心转为加强网上教育信息的管理，进一 重庆大学硕士学位论文 步加大了教育信息的分析和研究力度，提高信息的价值和利用率，此外还专门成 立了独立教育研究机构，教育信息管理自动化、专业化、系统化、综合化程度以 及管理的效率进一步提高。 加拿大与美国社会经济发展水平和教育发展水平在世界上均居前列，两国在 机构设置等方面虽有一些差异，但作为信息时代，加拿大非常重视教育数据的收 集、整理和加工以及教育信息管理。加拿大在国家统计局下设置了教育统计中心， 不断提升的网络管理系统使教育信息管理不断规范，层次分明，责任明确，职责 分明，各负其责；基层学校的设施、设备和网络设施现代化水平高，信息处理手 段先进，适应了不断发展的教育工作需要，为政府的教育决策工作做出了重大的 贡献。 1 9 8 5 年以前，我国的教育信息工作完全是靠手工完成，信息处理手段和技术 的落后，不但造成已收集的信息不能充分发挥作用，也使信息资源难以进一步开 发，信息的决策支撑的服务作用难以发挥。同时由于信息传输技术落后，直接影 响了信息的时效性。1 9 8 5 年至2 0 0 0 年，在开拓中逐步完善教育信息管理指标体系， 初步建立了计算机信息管理系统，加强了与信息技术的融合。但随着社会主义现 代化建设事业的发展和教育改革的深入，对教育信息管理工作也提出了更高的要 求，传统的方式、方法已经越来越不适应形势发展的要求了，1 9 8 2 年教育部决定 在教育信息管理工作中推广使用微型计算机，希望逐步利用计算机建立从中央到 基层学校强有力的教育信息系统，以适应教育管理工作的需要。1 9 8 5 年成功研制 开发出基于d o s 操作系统的“教育事业统计微机处理系统”，1 9 8 6 年教育事业统计 年报资料全部使用计算机汇总，并实现了软盘报送。这一阶段的改革，促使教育 信息管理工作初步摆脱了繁重的手工劳动，不但提高了工作效率，而且较为及时 地为管理和决策提供了信息服务，在很大程度上改进和加强了教育管理工作。2 0 0 0 年以来，随着现代信息技术的发展，在各项教育改革成果推动下和国际教育发展 的影响下，我国为进一步加强教育信息管理，对教育信息指标体系进行了修订和 完善，基于谢d o 、) l ，s 环境下以s u a lf o x p r 0 开发的单机版教育信息管理系统，使教 育信息管理上了一个台阶。 但我国教育信息管理从信息数据的收集、传输、处理、教育信息管理的业务 流程水平、教育信息管理的人员素质、所采用的信息技术支持等方面还停留在上 世纪9 0 年代初期，不但与西方发达国家均存在明显的差距，也不能适应新形势下教 育事业的发展需求，不能跟上互联网的迅猛发展和成熟应用的水平。 从政府对教育信息利用的需要以及教学科研自身的需求来看，教育信息的供 给滞后于需求。各级各类的教育研究机构和教学研究人员在研究中，总感到教育 信息时效性不强，难以取得实时信息，从而给教学研究工作带来不利影响。从各 2 1 绪论 级政府决策需求来看，教育统计分析报告虽有一定的决策支撑，但是统计分析深 度不够，多为简单的数据罗列和一般情况的反映，缺少既有优劣评价、原因分析， 又有对策建议的高质量管理信息，难以同知识内涵丰富的决策支持型教育信息需 求相适应。 教育部及其他省市也对教育信息管理有过一些研究，但都还没能解决存在的 问题。重庆市作为新兴的直辖市、全国城乡统筹综合配套改革试验区，在发展中 特别需要教育信息现代化建设的成果作为支撑，本项目的研究，既为重庆发展解 决实际问题，也为其他省市教育信息管理现代化建设提供经验和借鉴。 从目前我国教育信息管理的信息资料处理来看，对数据的处理目前还只是处 于采用基于w i n d o w s 单机版的管理软件( 如国家教育部2 0 0 1 年开发的基础教育管 理系统，2 0 0 2 年开发的高等教育管理系统，2 0 0 3 年开发的中职教育管理系统) ， 这些系统都不具备联网处理能力和数据分析能力，不便于数据的共享和进一步挖 掘、分析，网络技术还只是被用于报表的简单传送，与国内其他行业信息技术的 应用相比，处理和运用远远不足。 从目前我国教育信息管理的研究来看，对教育信息管理进行综合性应用研究 的几乎没有，基本上都是作局部研究，主要表现在： 1 从研究人员来看，有高校理论研究者，有从事教育管理业务的实际工作者， 但很少有人从教育行政管理部门的角度，与高校理论研究者、从事教育管理业务 的实际工作者三者联合起来共同对此问题进行研究。 2 从研究的内容来看，有的研究信息技术对教育管理的影响，有的研究教育 信息管理指标体系的构建模式，较多的是高校教育工作者结合工作实际探讨高校 教育工作存在的问题和解决措施，也有谈教育信息化对教育决策的影响作用等问 题的，但都没有将教育信息管理用网络业务支撑平台的方式和工作业务流程方面 去实现综合、广域和高效的运用。 3 从研究的角度来看，大多是从教育管理工作中的一个局部方面进行研究， 较少从全局和系统角度对教育战线的信息管理进行整体规划和综合研究。 从具体的应用系统来看，个别省市目前进行了本课题类式的研究工作( 如湖 南省) ，投入了高达数百万的经费，而开发的管理系统缺少异构环境下的数据整合、 历史数据重用及共享等方面的功能，不易进行教育信息的二次开发利用，并且购 买价格不菲，不具有灵活的修改功能，不能有效满足我市教育管理的需要。 3 2 系统设计原则 2 系统设计原则 2 1 设计遵循的原则 本系统在设计时主要遵循如下设计： 1 ) 系统性原则 系统性原则即整体性原则，在系统概要设计和详细设计中始终从总体目标出 发，服从总体要求。总体是由局部组成的，在系统概要设计中，经过局部的调查、 分析，综合成总体方案，而在系统详细设计时，又从总体方案出发进行各子系统 的详细设计，然后再综合成总体( 系统) 详细设计。 2 ) 实用性原则 系统要求具有实用性，最大限度地满足实际工作要求。本系统要求从设计阶 段充分考虑这一要求，主要考虑以下几个方面： 各子系统设计要充分考虑用户当前各个业务层次，各环节中数据处理的便利 性和可行性，把满足用户业务功能作为第一要素进行考虑。 从系统设计上保证系统所有数据一口录入，多处使用。最大限度地实现数据 共享，避免重复劳动，保证数据的一致性。 全部人机操作设计充分考虑不同用户的实际需要。用户接口界面设计尽可能 美观大方，操作简便实用。所有的子系统采用统一的界面风格、界面规范和操作 流程，以便用户培训和操作。 系统设计上保证现有子系统数据的平滑转型，综合各方面因素，保证数据转 型的可行性、合理性。 3 ) 先进性原则 系统的技术方案和实现要求在设计时尽可能采用先进的经验和技术( 如采用 先进的j 2 e e 开发平台) ，包括先进的开发经验和方法，先进的数据管理技术( 如 采用先进的关系数据库技术) ，先进的设备，先进的应用软件包以及先进的软件开 发工具等，还可引入一定的辅助决策功能，使系统在整体上具有先进性。 4 ) 安全性、可靠性原则 本系统将安全、稳定、高效性原则提到了重要位置，对系统外部，要防止黑 客、无关人员的进入；对系统内部，要达到能够确保个人数据机密和在授权条件 下的数据共享，各子系统的安全保障机制必须与后台数据库的安全保障机制、网 络操作系统的安全保障机制很好地结合，使得整个系统的安全性有多重保证。系 统在设计上将保证具备完善、易修改的权限管理和加密功能，保证系统安全、可 靠的运行。 5 重庆大学硕士学位论文 5 ) 规范性原则 系统的标准具有规范性，开发是分阶段进行的，而且一个系统有各子系统组 成，要求在系统开发过程中有统一的规范，规范的数据、规范的编码、规范的程 序设计、规范的文档以及规范的界面风格等，确保不同的开发阶段之间和各子系 统之间有机的衔接起来。 6 ) 开放性原则 在咯持标准化原则的同时，也要使应用系统具有开放性。使该应用系统与现 有各应用系统和将来的系统之间易于连接，并能够进行数据交换。保证系统的核 心模块能够通过动态配置即可实现用户的不同管理模式的要求，即使用户在工作 中有了新的要求，用户自己即可实现系统的动态配置，快速提供新要求的解决方 案。例如以参数化方式设置各子系统的配置，包括软件的功能和业务部门、操作 权限控制、流程控制等。 软件采用的结构和程序模块化构造，充分考虑系统的可扩充性和可维护性， 留有再开发的接口，在用户需求变化的情况下，可根据需要修改某个模块、增加 新的功能以及重组系统结构以达到程序可重用的目的，使得系统具有良好的开放 性。 7 ) 扩展性原则 在项目实施中，注重实效，突出重点需求，解决关键部门、关键业务对信息 管理的需求。同时，由于整个需求非常庞大，因此采用分步实施，从容易的开始， 结合重点需求，积累经验后再逐步展开，使整个过程稳妥有序、步步成功。 同时在系统建设时，全面考虑可能在此基础上的系统二次开发的问题，预留 系统接口，要将系统处理逻辑开放。使得系统具有良好的可扩展性。 8 ) 易用性原则 系统应提供友好的用户操作界面。在操作界面具有多个层次时，最先显示业 务上最常用的数据；在业务逻辑上，遵循业界惯用的逻辑处理模式：在功能处理 上，逻辑相关的功能分布在一起，并保障流畅地切换；在信息共享上，从多个路 径访问共享数据。 2 2 系统开发策略 本系统平台强调针对目标系统的开发，着重于系统各局部的信息联系和协调、 系统约束和可行性研究，系统开复杂度高。如果没有正确的开发策略和科学的方 法论作指导，软件完全成功的可能性很小，会出现工期延长、返工工作量大、投 资大幅超出预算等较大缺陷，甚至于系统完全不合实用，不仅投资得不到应有回 报，而且严重挫伤有关人员的积极性和对管理软件的信任，导致管理水平提高的 6 2 系统设计原则 停滞。因此，必须从实际出发，采用正确的开发策略来建设这一具有高技术复杂 度和社会复杂度的物流管理软件工程。 结合系统工程的普遍原理和长期从事企业管理软件开发的经验，我们从以下几 个主要方面对本系统的开发策略进行简要的探讨。 2 2 1 开发所采用的科学指导方法与手段 随着系统工程理论和软件工程理论的发展，出现了多种可用于管理软件开发指 导的开发方法，如结构化开发生命周期法、快速原型法、面向对象设计法、c a s e 生命周期法等。在本平台软件开发过程中，必须强调对开发方法的研究，尤其在 开发之初，首先要明确开发各阶段所采用的指导思想与开发方法。每个阶段之初 进行技术培训。 根据我们的经验和对国内企业管理的了解，我们认为，在平台软件建设过程中， 任意采用某一种开发方法是不能完全满足系统开发要求的。应当从系统整体观点 出发，根据开发不同阶段的实际情况，面向企业的实际对象( 信息+ 过程+ 结构) ， 把科学的思想、理论、方法、策略和手段有机地联结起来进行研究，针对本阶段 的对象与目标，采用最合适的工作指导方法，并尽可能采用现代化的辅助工具， 进行概要描述和细节描述。其基本策略手段为： 描述问题，确定非形式求解策略与方法； 确定对象与操作，说明接口，使策略形式化； 针对数据和过程，采用相应的设计方法，描述出实现的细节。 具体各开发过程所采用的策略与方法从略。 2 2 2 软件开发的项目管理方法 软件开发是一个周期长、投资大、制约因素众多、管理复杂的项目。对这一 项目的综合管理，应采用现代化的辅助手段和工具，在理软件的开发过程中，指 定负责人来管理项目发展的各方面，从而控制项目进度、资金使用、人员投入和 开发质量。 2 3 系统开发过程 系统工程方法具有如下图所示的“三维结构体系”，由时间周期、逻辑( 决策) 周期和知识( 抽象) 周期构成。物流管理软件的开发需将立体结构以时间周期为 主轴展开，在不同的时间周期内，采用不同的知识方法进行逻辑抽象描述与详细 描述。具体的步骤如下： 7 重庆大学硕士学位论文 图2 1 三维结构体系图 f i g 2 1t h r e e d i i i l e 舾i o n a ls 咖c n 鹏o f 廿l es y s t e mm 印 2 3 1 以数据为中心的系统总体设计( 即分析设计) 阶段 总体设计的主要任务是通过对现有系统和业务要求的调查与定义，进一步明确 系统任务，制定系统发展规划。该阶段主要采用结构化系统分析( s s a ) 与面向对 象分析( o o a ) 相结合的方法，先开展自上而下的调查分析，然后进行自上而下 的规划和自下而上的设计工作。其主要工作结果为系统需求分析报告( 含各部门 分层数据流程图、数据字典及存储估算等) 、各子系统详细设计报告和各子系统详 细设计( 含子系统功能模块设计、数据库一览表、各功能模块详细设计等等) 、系 统接口设计报告、系统总体数据规划、数据元素库、信息分类编码库等。 2 3 2 系统实施阶段 系统实施阶段采用了各种先进的、面向对象的开发工具实施系统方案。它包括 系统软硬件平台的建设、数据库物理设计和系统程序编码等工作。 系统实施步骤是在总体设计与详细设计完成的基础上，采用自下而上的方式进 行实施。 2 3 3 试运行阶段 试运行阶段要在试验环境下进行规模较小、功能完整的系统试运行，根据其结 8 2 系统设计原则 果调整与完善系统。 2 3 4 集成调试阶段 将整个系统实地安装集成，同时拟定维护规范和运行计划，进一步调试完善系 统，使之全面满足系统方案要求。 2 3 5 运行阶段 根据运行计划运行系统，记录成功经验和系统缺陷，为后继发展作准备。必要 时对系统作小规模的更改与扩充。 9 3 系统设计 3 系统设计 3 1 系统模型 1 1 系统体系结构图 系统遵循j 2 e e 规范设计，采用j 2 e e 的三层结构设计，由表现层，业务逻辑 层以及数据提供层组成嗣，如下图所示： 闰3 l 系统体系结构图 n g3 1s y s m s n c n 玳 2 】系统体系结构说明 系统遵循j 2 e e 规范设计，采用j 2 e e 的三层结构设计，由表现层，业务逻辑 层以及数据提供层组成。 ( 1 ) 表现层 即w e bs e n 惯，由j s p 页面与s e l e t 组成，用于处理页面交互逻辑，接收客 户端浏览器的请求以及将业务逻辑层的处理结果反馈给客户端浏览器。 ( 2 ) 业务逻辑层 提供解决或满足某个特定业务需求的逻辑处理。系统通过软件组件的形式提 供对业务逻辑的处理。 重庆大学硕士学位论文 业务逻辑层的组件分为两种： 一种是负责提供系统运行所需的基本功能的组件，例如：业务调度组件、消 息处理组件、会话管理组件、安全管理组件、事件管理组件、日志组件、数据访 问组件、流程管理组件、用户管理组件等。我们称这些组件为系统基本组件或核 心组件。核心组件属于系统预置组件，完成系统一级的功能，为业务处理程序提 供支撑环境。 另种是和具体业务有关的组件，例如公文管理组件、会议管理组件。这些 组件负责实现具体业务的逻辑处理，需要根据实际的业务进行开发，我们称这些 组件为业务处理组件。业务处理组件通过调用核心组件的服务( 功能接口) 完成 对业务逻辑的处理。 在系统中，一个组件包含一个或多个的服务( 功能接口) ，每个服务负责对前 端的业务请求进行处理。例如流程管理组件包括开始新流程、执行当前节点任务 等服务( 功能接口) 。 从上图可知，系统基础组件和业务组件都构建在j 2 e e 组件框架之上。框架是 一组预制的软件构建模块，程序员可以针对特定的计算解决方案而使用、扩展或 定制。框架提供了对系统中组件的统一管理、部署，提供了对组件之间调用的逻 辑控制。 ( 3 ) 数据提供层 为业务逻辑层的逻辑处理提供数据存取或功能调用。数据提供层的数据根据 性质可以分为三种： 提供系统基本组件所需数据的存取，例如用户数据，权限数据以及各类系 统参数表的数据。 提供系统业务组件业务处理数据的存取，例如公文流转数据、信贷审批数 据等。 行内其他业务系统提供的业务处理数据。 对于上述第一、二种类型的数据，业务逻辑层通过数据访问组件进行数据存 取；对于上述第三种类型的数据的访问，业务逻辑层通过w e bs e i c e ( w r e b 服务) 、 j a v a 消息服务( j m s ) 等企业应用集成( e a i ) 技术提供。 3 2 系统工作流程 子系统调用关系图表现了系统的各个子系统之间的调用关系。系统由界面驱 动、框架服务管理器、业务服务、工作流服务、工作流服务代理以及工作流引擎 等六个主要的子系统组成。 页面通过界面驱动生成请求的l 消息，通过框架的服务管理器调度工作流 1 2 3 系统设计 服务与工作流引擎完成消息交互。 工作流引擎负责对业务流程的流程控制、角色分配。我们将工作流处理的各 个环节称之为任务，工作流的任务可以划分为处理用户界面交互的任务和处理具 体某一业务的任务。处理用户界面交互的任务与用户界面通过工作流驱动服务完 成交互；而处理具体某一业务的任务则通过向框架服务管理器发送服务请求，通 过框架的服务来处理的工作流任务需要处理的具体业务。 框架通过服务管理器对系统中的业务服务以及基础服务进行统一的管理与调 度。服务对于其他子系统来说是透明的。系统的各个子系统通过j 2 e e 框架以及 讧l 消息保持紧密的“联系”，但又彼此相对独立。 图3 2 系统工作流程图 f i g 3 2f 1 0 w c h a no fs y s t e m 3 3 面向服务的组件框架技术 基于组件的软件开发设计用于满足扩展业务需求时维持低开发成本，其中的 理念是将一个系统中的各种元素标准化而降低运作成本、缩短开发时间。基于组 件的软件开发的最大目标就是提高代码的可复用性。 e j b ( 企业级j a 、，a 组件) 是符合j 2 e e 规范的软件组件技术，e j b 基本上是 重庆大学硕+ 学位论文 管理组件开发的一些规则和标准，这些组件具有事务性、可伸缩、可移植。有了 e j b ，对业务组件的重复使用变成可能。e j b 组件技术虽然提供强大的业务逻辑处 理和可复用性，但其编码和部署方面存在诸多的复杂细节技术，且随着系统的功 能的不断扩充，随之而来将面临如何有效的管理系统中大量的组件及组件与组件 之间的调用关系。 通过对j 2 e e 标准的主要功能进行进一步的提炼、简化和封装，系统提供面向 服务的组件框架技术来解决上述问题。组件框架是一组预制的软件构建模块，程 序员可以针对特定的计算解决方案而使用、扩展或定制。 面向服务的组件框架为实际应用系统的开发提供一个简单的技术概念，提供 一个简单的开发接口，提供一套高级的流程、安全等方面的功能，更提供一套简 单的、标准的应用系统设计和开发模式。 通过面向服务的组件框架，开发人员将由面向组件开发转向为面向服务开发， 不用考虑组件实现的技术问题和部署问题，只需专注于编写服务代码，实现具体 的业务逻辑处理。 下图显示了框架的概念。框架管理由业务组件共享的资源，提供根本机制允许 组件之间的交互类似操作系统，这些框架直接在组件之上起作用，管理组件的生 命周期或其它资源，例如启动、挂起、恢复或终止组件执行。 这些内建的互连提供基本结构和设计，这样开发者可以被解脱出来专注于解 决业务问题。开发者仅仅书写扩展框架特性的代码来满足业务的需求。 利用面向服务的组件框架，开发人员无需编写和部署复杂的e j b ，而只需编写 构成组件的服务即可。在这里，服务被定义为解决用户业务需求的一组业务功能， 服务以j a 、，a 类的形式表现，框架将一组服务封装为组件，并在j 2 e e 应用服务器 上以无状态的会话e j b 的方式部署。开发人员只需编写j a v a 类，大大降低了编 码的复杂度，组件的管理和部署都交给框架来处理。面向服务的组件框架是以将 用户需求转换为服务作为设计目标，并在j 2 e e 平台上提供这些服务。 1 4 3 系统设计 司司司 图4 1 框架模型 f i g41f m e w o r l 【m “i 4 数据规划与数据库设计 4 数据规划与数据库设计 4 1 数据模式 数据模式是关系数据库的重要组成部分，构造合适的数据模式是实现关系数 据库优化设计的一个重要方面。由于关系模型有较为严格的数学工具做支撑，从 而形成了关系数据库设计理论。由于这种合适的数据模式应该符合一定的规范化 要求，因而又可称为关系数据库的规范化理论。 1 ) 规范化理论【l 7 j 所谓关系规范化就是按统一标准对关系进行优化，以提高关系的质量，为构 造一个高效的数据库应用系统打下基础。例如有一个反映轮船信息的数据库，由 以下8 个属性组成：船号、船名、马力、部件号、部件名、型号、重量及用量。 将这8 个属性构造成一个合适的关系模式，从而构造一个关系数据库，其构造方 法很多。最简单的是，将8 个属性组成如下关系： 轮船( 船号、船名、马力、部件号、部件名、型号、重量及用量) 但是，在 对这个关系操作时会有3 个问题： ( 1 ) 冗余度大一艘轮船有n 个部件，就有n 次重复船号、船名、马力的数 据； ( 2 ) 插入异常一种部件，如果在某一阶段没有轮船用到，其对应的信息就无 法插入，使数据库在功能上产生了不正常的现象，同时也给用户带来极大的不便； ( 3 ) 删除异常一种部件，若只有一艘轮船用到，则删除他的信息，有关他选 用的部件信息同时也删除了，从而丢失了应用的数据。 从上面的分析可知，轮船关系不是一个“好”的数据库模式。一个“好”的模式应 当避免发生插入异规范化理论认为，关系中的各属性是相互关联的，他们互相依 赖、互相制约，构成一个结构严谨的整体。因此，在关系设计中，必须从语义中 摸清这些关联，特别是依赖关系，只能把那些相互关联密切的属性拼凑在一起。 构造一个“好”的数据库模式，必须使他的关系模式的属性之间满足某种内在的语义 条件，而这种联系又可对关系的不同要求分为若干等级，这就是关系规范化。以 函数依赖为基础的关系模式的规范化等级主要有5 种，即第1 范式( 1 n f ) ，第2 范式( 2 n f ) ，第3 范式( 3 n f ) ，b c 范式( b q 虾) 和第4 范式( 甜盯) ，满足这 些范式条件的关系模式可在不同程度上避免冗余、插入和更新异常问题。 2 ) 规范化理论的应用 为了消除关系模式在操作上的异常问题，优化数据模式，可进行规范化处理。 具体做法是：确定数据依赖，把每个关系模式的各个属性按数据分析阶段所得到 1 7 重庆火学硕士学位论文 的语义写出其数据依赖，同时，考察不同的关系模式属性之间是否还存在某种数 据依赖，得到一组数据依赖及诸关系的全部数据依赖。按照数据依赖的理论，逐 一分析这组关系模式，确定他们属于第几范式，进行模式分解。 例如，对上述轮船关系进行分解，提高范式等级，可构成一个轮船信息的数 据库，他的数据模式由4 个关系组成：轮船( 船号、船名、马力) ；使用( 船号、 部件号、用量) ；部件( 部件号、部件名、型号) ；型重( 型号、重量) 。 这4 个关系属于3 n f ，至此，是一个比较“好”的数据库了。 3 ) 模式分解的2 条原则 关系规范化是可以解决关系操作的问题，但进行模式分解时由于受到数据间 的相互约束，因此分解不可能是随意的。在规范化化的关系分解过程中，不仅要 着眼于提高关系的范式等级，而且应遵守以下2 条原则： ( 1 ) 无损分解原则无损分解就是在关系分解过程中，既不丢失数据也不增加 数据，同时还能保持原有的函数依赖。一个关系分解为多个关系，原来的数据就 存储到多个关系中，起码要求分解后不能丢失原来的信息。 ( 2 ) 相互独立原则所谓独立是指分解后的新关系之间相互独立，对一个关系 内容的修改不应该影响到另一关系。 此外还应注意到，关系分解必须从实际出发，并不是范式等级越高，分解得 越细就越好。若把关系分解得过于琐碎，虽然对于消除数据冗余和更新异常等有 好处，但在进行检索操作时往往又需要进行链接，从而使检索效率大大降低。另 外，在数据操作中经常是检索操作多于更新操作，其结果很可能是分解带来的好 处与检索的效率降低相比，得不偿失。正因为如此，一般规范化只需达到3 n f 就 可以了。 4 2 关系数据库设计的优化技术 数据库应用系统设计中的一个核心问题，就是如何设计一个能够满足用户当 前与可预见的未来的各项应用要求、性能良好的数据库。 数据库设计是从用户的数据需求、处理要求及建立数据库的环境条件( 软、 硬件特性，其他限制) 出发，把给定的应用环境( 现实世界) 存在的数据加以合 理地组织起来逐步抽象成已经选定的某个数据库管理系统能够定义和描述的具体 的数据结构的过程。 数据库设计的成果是数据库模式和应用程序，而应用程序是以数据为基础的。 因此，数据库设计中最基本的是数据库模式的设计。但是，设计一个完善的数据 库系统往往是一个不断反复的过程，数据库模式必须反映数据处理的要求，保证 常用的或大多数的数据处理，使用方便，性能满意，且应根据应用需求适当地修 1 8 4 数据规划与数据库设计 改，调整数据结构，优化数据模型，以便进一步提高数据库应用系统的性能。 4 3 改善数据库性能 关系数据库的性能的好坏，主要体现在查询的速度上，他是数据库应用中的 一个关键问题，是必须在数据库的设计中加以认真考虑的问题，特别是对那些响 应时间要求较苛刻的应用，应予以特别注意。可从以下几个方面提高查询速度， 改善数据库性能，从而达到数据库设计的优化目的。 1 ) 减少连接操作 连接操作对数据库的查询速度有着重要的影响，参与联接的关系越多，查询 越慢。因此，对一些常用的、性能要求较高的数据库查询，最好是一元查询，这 与规范化的要求相矛盾。有时为了保证性能，把规范化的关系再合并起来，称之 为逆规范化。当然，这样会引起更新异常，破坏数据库完整性，必须采取相应的 措施来保证数据库的完整性，从而也会增加系统的开销。因此，决定做逆规范化 时，一定要权衡利弊，仔细分析应用的数据存取需求和实际的系统性能。 2 ) 减小关系大小及数据量 被查询关系的大小对查询速度影响很大。为了