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西安建筑科技大学硕士论文 数字图书馆虚拟参考咨询平台的关键技术及实现 专业：计算机应用技术 硕士生：李峰 指导教师：赵文静教授 摘要 随着各个高校数字图书馆的逐步建成，在图书馆的主页上提供了大量外购的电子 文献资源、自建的各种特色数据库、各种学科的导航库等等，向读者提供丰富的文献 存储和检索服务。当读者在检索使用各种资源时经常会遇到一些使用上的疑难问题， 图书馆需要为其提供一个网上的实时的咨询平台。 现在各个高校和单位纷纷构建了自己的图书馆虚拟参考咨询服务系统，通过w e b 页面向用户提供多种服务，从而使咨询服务超越时空限制，实时的多方位满足用户的 需求。 结合实际课题，本文概要介绍了虚拟参考咨询的基本概念、特点和现在主要采用 的服务方式，进而论述了构建一个提供多种咨询手段的虚拟参考咨询平台所涉及到的 关键技术。通过对协同工作机制、应用共享技术、j a v a 多线程技术、j 2 e e 体系结构和 m v c 设计模式等关键技术的研究，详细阐述了系统的设计思路和技术方案，给出了系 统的具体实现。重点讨论了系统中文本咨询、电子白板、同步浏览等几个主要功能模 块的设计和实现。 为了使多个图书馆的参考咨询问题知识库能够进行资源共享，在本章最后探讨了 如何使用z 3 9 5 0 协议实现参考咨询的知识库记录的分布式检索，对z 3 9 5 0 协议的原理 和机制、z 3 9 5 0 网关进行研究，实现了基于w w w - z 3 9 5 0 网关的参考咨询知识库分布 式检索。 关键词：虚拟参考咨询协同机制应用共享电子白板同步浏览 z 3 9 5 0 网关 t h e t e c h n o l o g y a n d i m p l e m e n t o f v h - t u a lr e f e r e n c e s y s t e m i n t u g , t a tl i b r a r y s p e c i a l t y ：c o m p u t e r a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y n a m e ：l i f e n g i m s t r u c t o r ：p r o f z h a ow e n j i n g a b s t r a c t 、i mt h ei n s t a u r a t i o no f d i g i t a ll i b r a r i e s ，al o to f e l e c t r o n i cl i t e r a t u r er e s o u r c 弛p u r c h a s e d ， s p e c i a l d a t a b a s e sa n d s u b j e c tn a v i g a t i o ns y s t e m s s e l f - c o n s t i t u t e da l e p r o v i d e d t h e s e r e s o u r c e sp r o v i d ei n f l u e n c el i t e r a t u r ed e p o s i t sa n dr e t r i e v es e r v i c e s ar e a l - t i m eo n l i n ev i r t u a l r e f e r e n c ep l a t f o r mi so f f e r e df o rt h er e a d e r sw h e n t h e ye n c o u n t e r e ds o m ed i f f i c u l t i e sd u r i n g u s i n gl i b r a r yr e s o u r c e s m a n y u n i v e r s i t i e s l i b r a r i e se s t a b l i s h e dt h ev i r t u a lr e f e r e n c es e r v i c es y s t e m sw h i c ho f f e r s e v e r a ls e r v i c e sf o ru s e r sb y u s i n gw e bp a g e s ，a n dw h i c h m a k er e f e r e n c es e r v i c eb e y o n dt h e s p a c e - t i m el i m i t sa n ds u p p l yr e a l t i m es e r v i c e sf o ru s e r s i nt h i sp a p e r , t h ed e f i n i t i o n ，c h a r a c t e r , t h es e r v i c em e t h o d su s e do fv i r t u a lr e f e r e n c ea r e r e c o m m e n d ，m o r e o v e rt h ek e yt e c h n o l o g ya n dr e s e a r c hf o rb u i l d i n gav i r t u a lr e f e r e n c e p l a t f o r m a r ed i s c u s s e d d e e p l y b ys t u d y i n g o n s h a r i n ga p p u c a f i o nm e c h a n i s m ，j a v a m u l t i - t h r e a d s ，j 2 e ea r c h i t e c t u r e ，m v cf i a r n e w o r k , t h ed e s i g nt h i n k i n ga n dt h es y s t e m r e a l i z a t i o na r e e x p o u n d e di nd e t a i l a n dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ek e yf u n c t i o n m o d u l e sa r eo f f e r e d ，f o r e x a m p l e ：t e x tr e f e r e n c e ，e - w h i t e b o a r da n d c o - b r o w s em o d u l e i no r d e rt os h a r et h ek n o w l e d g eo fr e f e r e n c eq u e s t i o n sa m o n gs e v e r a ll i b r a r i e s ，h o wt o u s ez 3 9 5 0 p r o t o c o l t o p r o v i d ed i s t r i b u t e ds e a r c h e s i ns e v e r a li n f o r m a t i o nf o u n t a i nj s i n v e s t i g a t e da tl a s ti np a p e r z 3 9 5 0p r o t o c o lm e c h a n i s ma n dt h e o r y , z 3 9 5 0g a t e w a ya r e d i s c u s s e da n dt h ed i s t r i b u t e dr e t r i e v eo fr e f e r e n c e k n o w l e d g eu s i n gz 3 9 5 0g a t e w a yi s r e a l j z e d k e y w o r d ：v i r t u a lr e f e r e n c e e - w h i t e b o a r dc o b r o w s ez 3 9 5 0p r o t o c o l 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名：专碑日期：彻畛玉 关于论文使用授权的说职 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：李埠导师签名：日期： 注：请将此页附在论文首页 西安建筑科技大学硕士论文 ! ! e # 口! 目目! ! ! ! ! _ - ! ! e ! ! ! ! 目e ! ! ! ! j 1 5 l e ! ! ! ! ! ! 目e ! ! ! ! d 1 1 前言 1 绪论 人类进入2 0 世纪后半期，特别是最后的2 0 年，科学技术飞速发展。以计算机技 术、多媒体技术、卫星通信技术等为代表的现代信息技术，尤其以i n t e m e t 为代表的 国际互联网的建成，极大的改变了全人类的生活、学习、工作方式。人类社会以前 所未有的速度向信息化、网络化方向迈进。 作为人类精神财富和文化遗产的重要集藏场所的图书馆，也受到信息化浪潮的 强烈冲击。随着计算机在图书馆的应用以及光盘检索技术、网络通信技术的日益成 熟，图书馆的构成要素、馆藏内容、工作方式、服务手段等都发生了很大的变化。 传统图书馆正向数字化、网络化、虚拟化、无墙图书馆的美好前景努力。作为图书 馆文献、信息服务的重要内容之一，并承担着发挥图书馆情报职能和教育职能的参 考咨询工作也在发生着变化。电子化、网络化信息资源的增加和资源共享的实现， 使得咨询服务能以高效率提供实时解答、专题检索、文献验证、研究顾问、馆际互 借、全文传递等各种服务。 参考咨询服务与图书馆的其它服务一样，受到来自现代技术的影响，尤其是因 特网的发展，给图书馆的参考咨询服务带来巨大的挑战。美国研究图书馆协会对全 美研究图书馆1 9 9 3 年到2 0 0 2 年的统计数据表明，1 9 9 8 年到2 0 0 2 年上门参考咨询提 问的数量一共比前5 年减少了3 5 7 f ”。为了更好的提供参考咨询服务，图书馆必须 改变传统的服务方式，寻求新的适用于网络环境的服务方式。 随着因特网的普及和发展，图书馆利用w e b 方式向广大读者服务，在图书馆的 主页上除了有各种信息的介绍外，还有大量外购的电子文献资源、自建的各种特色 数据库、各种学科的导航库等等，向读者提供丰富的文献存储和检索服务。当读者 在查找或检索各种资源时会经常遇到疑难问题，需要咨询员的及时帮助，这样就产 生了读者对虚拟参考咨询服务( v i r t u a lr e f e r e n c es e r v i c e ，简称v r s ) 的需求1 2 1 。 传统图书馆咨询馆员借助图书馆设置的固定咨询台解答问题，通过电话或与用 户的面对面交流等方式解答读者的疑问，不能在第一时间解答读者在使用数字图书 馆时所遇到的疑难问题。在网络环境下，专家直接“面对”读者，及时回答读者的 问题，通过v r s 系统咨询馆员可以在网上实对解答问题，可以通过离线提汉答疑、 文本咨询、电子白板等手段为用户提供高质量的服务，使得服务具有超越时空性、 西安建筑科技大学硕士论文 服务手段多样化、服务范围广泛化等特点； 但是，由于国内虚拟参考咨询服务的起步较晚，当前各个图书馆采用的服务手 段还比较简单，通常是通过e m a i l 、b b s 、留言板等方式进行咨询，与国外图书馆还 有较大差距。丰富咨询服务手段、加强多个图书馆问的合作和资源共享成为当前各 个图书馆的热门研究课题。 1 。2 课题背景和研究内容 本课题的背景是上海交通大学2 1 1 基金和9 8 5 基金共建项目一一“联合虚拟参 考咨询平台”，它是中国高等教育文献保障系统( c h i n aa c a d e m i cl i b r a r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称c a l l s ) 二期的子项目，由上海交通大学图书馆牵头，上海 惠尔通软件公司为实际承接单位。它主要借鉴了国外虚拟参考( o c l c 、q u e s t i o n p o i n t 等) 的先进理念和技术，构建了个提供多种咨询手段的虚拟参考咨询系统，如文 本咨询、离线提问、e m a i l 抄送、电子白板咨询、同步浏览咨询、知识库检索等，迸 一步丰富了现有咨询服务的方式和类型。 课题主要研究的内容： ( 1 ) 研究虚拟参考咨询平台的发展、内涵和服务手段。 ( 2 ) 研究协同工作机制、应用共享技术、多线程机制。 ( 3 ) 构建一个基于j 2 e e 和m v c 架构上的虚拟参考咨询平台，包含咨询台管 理和文本咨询系统、电子白板系统、同步浏览系统。 ( 4 ) 研究z 3 9 5 0 协议的原理和分布式检索机制，并给出一个使用z 3 9 5 0 网 关实现的知识库分布式检索知识库实现。 1 3 本人在课题中所承担的工作 在本课题研究中，我全程参与了系统的系统设计和分析，通过对协同工作和应 用共享技术等技术的研究，实现了电子白板和同步浏览模块以及文本咨询模块等。 研究z 3 9 5 0 协议的原理和工作机制，并在w w w - z 3 9 5 0 网关的基础上实现了对咨询 台知识库记录的分布式查询。 1 4 本文组织结构 第一章对课题的意义、背景、要求以及研究的内容和目标进行了个概述。 第二章对虚拟参考咨询平台的发展、特点、目前现状以及以后的技术发展前 西安建筑科技大学硕士论文 景进行了详细的讨论。 第三章深入讨论了实现虚拟参考咨询平台所涉及的关键技术。主要有：协同 工作机制、协同应用共享、多线程工作机制、j 2 e e 体系结构、m v c 设计模式等。 第四章给出了虚拟参考咨询平台的总体设计要求和体系结构。 第五章详细的讨论了虚拟参考咨询平台的实现。分别介绍了咨询台管理和文 本咨询模块、电子白板模块、同步浏览模块等主要模块。 第六章介绍了z 3 9 5 0 协议的原理和优点。对z 3 9 5 0 的检索机制和z 3 9 5 0 网 关进行研究。给出了一个基于w w w - z 3 9 5 0 网关的知识库分布式检索具体实现。 西安建筑科技大学硕士论文 2 虚拟参考咨询平台简介 2 1 虚拟参考咨询的发展动力 随着因特网的普及和发展，图书馆利用w e b 方式向广大读者提供信息服务。在 图书馆的主页上除了有图书馆本身的介绍外，还有大量外购的电子文献资源、自建 的各种特色数据库、各种学科的导航库等资源，来向读者提供丰富的信息服务。当 用户在使用各种资源时，可能会遇到一些疑难问题，例如同方论文库不能正常使用、 如何使用馆际互借服务等，这时就需要咨询员的及时帮助。传统的咨询服务是在图 书馆内开设固定的咨询台，等候用户上门咨询或者电话咨询。这种服务存在着非实 时性、时空限制等弊端，不能满足用户的实时远程咨询的需求。在这种形势下，虚 拟参考咨询服务这种基于w e b 方式的帮助服务就应运而生。 2 2 虚拟参考咨询服务的涵义 虚拟参考服务( v i r t u a lr e f e r e n c es e r v i c e s ) 又称数字参考服务、在线参考服 务、电子参考服务等，是一种基于i n t e r n e t ( 或w e b ) 的帮助服务机制【j j 。用户可以 在网上向“信息专家”提出各种问题，而信息专家的回答也在网上反馈至用户。总 之虚拟参考咨询与传统参考咨询服务相比，在服务对象、服务方式、服务工具、服务 内容上都发生了很大变化。虚拟参考咨询服务有效地超越时空的局限，以“不见面的 面对面”方式，使咨询馆员和服务对象不管在何处，只要能登录提供咨询服务的站点 就可以进行交互式咨询，这对所有的网上用户都是平等的。资源共享使咨询解答后的 问题可以为更多的读者提供参考。服务内容也主要针对使用方法、应用环境下各不 相同的数据库、检索工具等网络资源h 。 虚拟参考咨询台是供用户通过联机网络查询存储着图书馆内外信息资源的电子 参考工具和提出咨询的场所。它使用一种或多种服务手段，来解决用户遇见的各种 问题。从用户角度看虚拟参考咨询台包含两个要素：一个是用户自我服务系统，即 资源内容；二是请求帮助系统，e pj 务内容。 2 3 参考咨询服务的特点 ( 1 ) 超越时空限制 西安建筑科技大学硕士论文 传统的参考咨询服务只能在正常上班时间提供服务。但是很多用户的上班或上 学时间和参考馆员是一样的。因此这些用户不能在这段时间里亲自到图书馆进行参 考咨询，很多问题不能得到迅速的解决。虚拟参考咨询服务可以克服这一难题，用 户通过网络随时向参考馆员提出信息需求，同时即使是处于不同地域的用户也可以 使用全天候2 4 7 ( 每天2 4 小时，每周7 天) 的图书馆网上参考咨询服务。 ( 2 ) 服务手段与方式自动化、电子化和网络化 自动化和网络化是虚拟参考咨询平台的主要特征。在咨询服务中，咨询员将在 很大程度上摆脱传统参考咨询工作中的那种完全依靠手工来查找、加工、分析资料 的工作方式以及和咨询读者面对面的接受咨询问题、洽谈、提供答案的信息交流方 式，而是可以更多的依赖计算机和网络对信息进行处理。 ( 3 ) 咨询解答结果智力化 传统参考咨询工作中，咨询馆员在咨询过程中投入的智力劳动并不多，向读者 提供咨询解答结果要么是相关信息的原始资料或线索、要么是简单的问题回答。而 在虚拟参考咨询中咨询馆员凭借计算机信息处理、光盘数据库检索、网络信息传输 等现代信息技术，可以向咨询读者提供更高水平的解答，为读者提供的不再仅仅是 文献单元或信息线索，而是针对性更强的具体知识、具体信息单元，或经过综合分 析加工处理重组后的具有更高附加值的智力化成果。 ( 4 ) 服务范围广泛化 传统咨询服务的范围相当有限，局限于其职责范围内的一个地区、部门或学校， 而且拘泥予图书馆开发的正常时间。而虚拟参考咨询服务不仅能突破时间限制，读 者可以全天候2 4 7 向咨询馆员发送问题。同时，也突破了空间的界限，读者不管身 在何处，只要经过规定程序和途径，都可以享受图书馆或其它信息服务机构通过网 络提供的信息咨询服务。 2 4 虚拟参考咨询平台的主要形式和发展趋势 2 4 1 虚拟参考咨询平台的主要形式 当前国内虚拟参考咨询平台主要形式有以下几种【5 ，6 7 】： ( 1 ) h e l p 系统和f a q 信息服务 在网上对各种文献信息数据库本身如何使用、使用步骤等做介绍和说明，形成 一个联机帮助系统。系统管理员将用户在使用时可能会遇到的问题整理为常见问题， 供读者浏览和查询；随着问题数量的增加和便于用户查找，系统逐渐发展成f a q 数 西安建筑科技大学硕士论文 据库系统，读者可上网查看自己的疑问是否已有现成答案，或通过输入关键词查找 等方式来快速获得与自己提问相关的问题的解答情况等。 这类系统通常只列有常见问题集，而用户也只能被动地接受解答，遇到在常见 问题集中没有出现过的问题，就无所适从。 ( 2 ) 非实时网上参考咨询系统 主要采用电子邮件e m a i l 、电子表格e f o r m 、信息快报b b s 系统、留言版 m e s s a g eb o a r d 等方式或几种方式相结合实现网上的参考咨询服务。 此类方式目前用得最为普遍。上海图书馆的合作化参考咨询服务就是采用电子 表格和电子邮件相结合的方式，读者碰到问题可直接给选定的咨询员填写电子表格， 经系统转换后以电子邮件的方式转送给专家，专家将在一周内以电子邮件的方式回 答读者的提问。而有些大学图书馆所采用的是b b s 的方式来实现网上参考咨询服务， 在b b s 系统中专门开设一个专栏，读者可将提问直接通过b b s 发送上去，而咨询员 也通过b b s 解答读者的疑问。中山图书馆所采用的是留言版的形式，读者和咨询员 都通过此形式提问和解答。此类方式也使用简单的数据库管理，以供检索之用。 ( 3 ) 实时网上咨询系统 系统支持咨询员在网上实时的、“面对面”的解答读者提问。目前最广泛应用的 是用c h a t 软件技术来提供咨询台的文本咨询。全世界约有5 0 0 多家图书馆提供c h a t r e f e r e n c e 服务。另外，一些较好的软件已趋于使用基于f a q 数据库管理的v r s 服 务，每次的提问和解答过程都会存放到数据库中，系统管理员或咨询员在经过筛选 后将有价值的问题及其解答加入到f a q 数据库中，从而不断地扩充f a q 的涵盖的范 围。此外，系统还会提供读者在咨询员不在线时查找相关问题答案的服务。 这种方式是真正的实时方式，在第一时间解答了读者的疑问。目前采用此方式 的软件有美国l s s i 开发的a s kal i b r a r i a nl i v e ，o c l c 和美国国会图书馆使用的 q u e s t i o n p o i n t 等软件。 ( 4 ) 同步浏览页面的咨询系统 此类方式采用c o b r o w s i n g 技术，咨询员在必要时将所推荐的页面推送至读者 端，使读者能够跟着咨询员的思路，顺着此页面循序渐进，获得最终的解答。 这种方式形象、直观，遇到在咨询过程中难以用言语描述的情况，具有很高的 咨询价值。如目前由美国l s s i 开发的v r d 软件采用了此方式以直接将页面推送到 读者端。 6 磋安建筑科技大学硕士论文 2 4 2 主要发展趋势嘲 ( 1 ) 基于知识库的网上多咨询台的分布式实时合作系统 该系统将原来基于f a q 的数据库管理发展为知识库管理，将原来基于单馆、单 咨询台的实时解答系统发展为基于小组、集团或联盟的一个分布式多咨询台的实时 合作咨询服务系统。该系统可由系统管理员或主管咨询员进行系统管理和调度。 ( 2 ) c h a tr e f e f e n c e 的发展趋势w 曲c a l lc e n t e r 该系统的网上解答是呼叫中心功能在数字图书馆咨询服务的一个应用。它除基 于知识库咨询外，还有网页推送功能：咨询员可以控制读者的浏览，可看到读者网 上联机检索时的疑问和问题所在，甚至在不中断读者检索的情况下，帮助、指导读 者解决问题。 ( 3 ) 基于声频、视频传送的参考咨询服务系统 在宽带网络环境下，参考咨询馆员可以真正“面对面”看到需要服务的读者， 利用声频和视频的传送，直接指导异地读者在不中断检索的情况下，解决读者检索 中的疑难问题。这种服务因为需要传输大量的声频和视频信息流，对网络的带宽要 求较高。 西安建筑科技大学硕士论文 3 虚拟参考咨询平台的相关技术 3 1 协同工作技术 在虚拟参考咨询平台中，提供了多种供咨询员和用户之间进行交流和协作的功 能，如文本咨询、电子白板、同步浏览等。这些服务都涉及到一个群体合作的问题， 为了正常有效的交流协作，咨询员和用户必须要遵守一定的规则，也即协作规则。 它是促进团体正常高效运作的基础。 3 1 1 协同控制机制 i o , l f 】 不同的协作系统有着不同的系统工作模型，也有着不同的协作控制机制。协作 控制机制是指在协作的过程中，协作体都要遵循一定的规则，即协作规则。这个方 面的研究内容主要是协作规则的抽象和协作规则在协同工作中的实现。 协作工作系统的交互和协作控制，按信息和数据共享、群体协作的紧密程度， 自上而下分为5 个不同的层次。 ( 1 ) 数据通信( c o m m u n i c a t i o n ) 数据的传送和交互，协议控制机制就是通信协议。虽然这是协作进行的基础， 但是因为是底层的数据通信，难以直接体现出协作体之间的协作关系。 ( 2 ) 信息通信( i n f o r m i n g ) 通过本地资源进行信息匿名通信，信息提供者很少需要知道谁是接收者，例如 通过新闻通信或留言板进行咨询的协作。目前i n t e m e t 上通过这种机制进行着大量的 协作，信息的提供者与接收者虽然有一定的信息交流或共享，但是他们之间并不一 定相互认识，不是显式的( 或强制的、或明确目标的) 协作关系。 ( 3 ) 协调( c o o r d i n a t i o n ) 协作体成员之间有某种认识，不一定有共同的工作目标，但是共同的利益或组 织关系需要共享信息或资源，有可能有工作活动的交互、重复或资源调度、时间或 空间的差异等等。这是成员之间需要某种协作，将这种协作称为协调。例如，在我 们系统中当一个咨询台的咨询员不能解决用户的问题时，可以将该用户推送给其它 咨询台的咨询员来解决该问题。 ( 4 ) 合作( c o l l a b o r a t i n g ) 协作体成员工作在一起，参与同一过程，执行某种行动，合作的成功取决于合 8 西安建筑科技大学硕士论文 作成员的共同理解和共享知识资源。每个合作成员是独立的，甚至分属于不同的团 体，他们之间是一种工作关系。 ( 5 ) 协同( c o o p e r a t i n g ) 协同是最高级别或层次的协作。在这一层次的协作，协作体公共目标代替了个体 目标。协作体是以整体而不是个体核定的，竞争是最少的。这时往往需要作出共同 决策、共同理解、共享知识。决策的可信度和可靠性成为更重要的因素。 3 1 2 协同控制模块的主要功能 协同控制模块应当具备下面几方面的功能： ( 1 ) 启动协同 启动协同的模式可分为自启动协同和申请启动协同。其中自启动协同是指进入 系统时便启动协同过程，进入协同的管理；而申请启动协同是指通过申请，获得协 同管理员的允许后加入协同过程。 ( 2 ) 管理共享信息 对共享信息的管理包括共享信息的存储格式，如临时信息、文件方式、数据库 方式等；访问冲突时，要有相应的解决算法，如先进先出、优先级、令牌算法、对 象锁等算法。 ( 3 ) 系统成员管理 对协同成员的管理包括成员登陆、成员动作管理、成员之间的互操作管理等。 ( 4 ) 协同信息的管理， 协同信息的管理包括协同信息的发送、接收、处理等，它是协同实现中的一个 重要部分，通过协同体之阁的信息交互，保证了各个用户操作的一致性。 ( 5 ) 关闭协同的方式。 当所有协同用户退出时，系统自动关闭协同过程；当系统管理员强行关闭时， 强制性令所有协同用户退出协同。 3 2 协同应用共享技术 协同应用共享也称为应用共享( s h a r i n g a p p l i c a t i o n ) ，它是支持群组通信活动的 一个重要机制。当被共享的应用程序执行任意用户的输入时，它的执行结果要实时、 正确的体现在分布于网络中的所有参与者的屏幕上。 9 西安建筑科技大学硕士论文 3 2 1 应用共享的实现模型 应用共享遵循的原则是“w h a t y o u s e e i s w h a t i s e e ”，也即“所见即所得”。 应用共享按照运行应用程序的站点来分，一般有两种实现模式：集中式( c e n t r a l i z e d ) 和复制式( r e p l i c a t e d ) 【1 2 】。 ( 1 ) 集中式也称为单拷贝应用共享。如图3 1 所示： 对共享应用程序的输入 一一一一+ 共享应用程序的输出 图3 - 1 集中式应用共享 被共享的应用程序在个站点运行，所有参与者对该程序的输入都要传输到这 个站点，而应用程序的输出通过网络传送到其它站点，其它站点相应的软件负责在 屏幕上产生相同的输出界面。在任一时刻，只能有一个参与者对这个程序拥有控制 权( f l o o rc o n t r 0 1 ) ，也即输入权。 ( 2 ) 复制式也称多拷贝应用共享。如图3 2 所示： i 稳蘩艨斟 i 纂翻蠛 l i ji+ i 罐菰羹翔匿潮麟黼溺曛蠹翁剽 + 一一一一一一一 对应用程序的输入 共享应用程序的输出 图3 - 2 复制式应用共享 被共享的应用程序在每个站点都同时运行，每个站点对应用程序的输入事件都 要发送给所有其它站点上运行的应用程序拷贝( 当然，此时要经过一定的输入控制。 瑗安建筑科技大学硕士论文 而且输入事件一般是通过服务器转发给其它应用程序) 。这样所有应用程序拷贝都可 得到相同的输入，从而具有相同的输出界面。 两种实现模型的比较： 集中式应用共享的优点是易于维护，因为只有一个应用程序在运行，而所有其 它站点显示的内容都要根据它来更新。其缺点是网络流量较高，因为应用程序的所 有输出都要传送给所有的参与者，会造成网络传输的瓶颈问题。 复制式应用共享的优点是具有较低的网络流量，因为只有输入事件需要传送给 其它站点，输出界面从本地运行的应用程序中即可以得到，而且响应的速度也很快。 它的缺点是需要每个站点都具有相同的软件和一定的硬件环境，要保证一致的输出 必须有相应的一致性控制机制。 3 2 2 应用共享中的并发控制技术 在应用共享中，并发控制是非常重要的问题，并发控制的优劣直接影响到系统 的运行效果。 并发控制问题产生的原因是【1 习：应用程序分布在每个参与者的站点上，站点之 间的同步依靠相互传送控制事件( 直接或间接) 来完成，但是事件交换存在着潜在 的冲突和时延，事件到达和执行可能失序( 图3 3 ) ；或者由于多个用户实时地对共 享的虚拟工作空间进行协同操作时，有两个以上的用户同时操作同一个对象，但是 操作的意图却不同，使不同用户那里的虚拟空间相互不一致，引起错误的发生( 如， 一个用户删除了对象a ，而另用户却想移动对象a ) 。 站点1站点2站点3 i事件a l 时i 间l l 图3 3 事件执行的不一致性 并发冲突的后果导致在一致性管理上存在以下问题： 坏；多个用户的显示结果不一致。 为此需要提供一定的并发控制机制来解决上述问题， 事件之间的因果关系被破 来保证多个用户协作的顺 西安建筑科技大学硕士论文 利进行。 在实时协同工作中正在协作的地理上分散的多个站点可能产生相互独立的操 作，同时作用于同一共享应用，它们通过交互事件达到共享应用的一致性。当多个 用户在同时刻对同一共享对象进行操作时，为确保一个操作在远端与本地的执行 效果一致，必须使用并发控制策略对来自多方的事件进行协调。 在并发控制方面，现有的各种群组应用使用了不同方法，大致可分为一下四类： ( 1 ) 集中控制法全部状态信息位于一处，保持一致，故易于同步。事件通常 按照先到先服务的次序进行处理，不会产生失序。只有一份对象拷贝，锁定也很容 易。缺点是只适用于单拷贝式应用共享。 ( 2 ) 令牌传递法系统中流动着一张令牌，在同一时刻只允许一个用户拥有令 牌，令牌拥有者处于活动状态，有权操作协作对象。它的优点是拄制简单，缺点是 控制不灵活且令牌可能丢失，这时系统必须重新生成一个令牌。因此要求系统提供 判断和检测令牌丢失的情况，并能重新生成令牌。 ( 3 ) 封锁法封锁法是保持数据一致性常用的手段，它提供对共享数据的加锁 和解锁，用来控制用户的并发操作。该方法涉及三个问题，即加锁和解锁的时机、 截获和释放锁的方法以及锁的粒度。 ( 4 ) 事务机制法所谓“事务“是指一个操作集，它被提交到所有站点。操作 集中的操作必须被所有站点全部执行，否则就取消已做的属于该操作集的所有操作， 而事务内部的执行过程是不可见的。这个方法采用f l o o r 控制机制，即在同一时刻只 允许一个用户处于活动状态。 3 2 3 应用共享的网络通信机制 网络通信机制决定了应用软件的具体通信方式。由于虚拟参考咨询平台系统是一 个群体协作系统，实现咨询员和用户之间的多点通信是必不可少的。但是目前网络 的i p 协议还不能支持广播和多点通信，实际上只能利t c p i p 的点对点s o c k e t 通信 模拟多点通信。目前基于i n t e m e t 网络环境，模拟多点通信的体系结构有两种：主从 方式和对等方式【l ”。 ( 1 ) 主从方式系统结构： c l i e n t s e r v e r 通信模式可以方便的实现一对用户间的通信。要想实现多个用户间 的通信，最直接的模式为主从结构，其结构特点为系统中每个成员只与中央服务器 建立实际的通信，成员间的通信需通过服务器的转发来完成。 主从方式下多点传输结构如图3 - 4 所示： 西安建筑科技大学硕士论文 图3 _ 4 主从系统结构图 在主从方式下，用户不需要保存s o c k e t 对象列表。每个用户只需要和服务器进 行连接，服务器建立相应的用户列表和s o c k e t 对象列表。用户进行操作时，只需要 向服务器发送操作数据，服务器根据用户列表和s o c k e t 列表中的信息，向其它用户 转发信息包。服务器承担的主要任务就是对信息包进行转发和用户权限控制。 ( 2 ) 对等方式系统结构 在对等方式下，要实现多点传输，就必须让参加应用共享的每一个成员和其它 所有成员都建立通信连接。如图3 5 所示： 图3 - 5 对等方式系统结构图 每个用户都必须建立一个用户列表和一个s o c k e t 对象列表。用户列表是用来显 示一些相关的成员信息和实现实时解答系统的控制功能，s o c k e t 对象列表则是为了建 立s o c k e t 连接，实现信息包的转发。 西安建筑科技大学硕士论文 当一个新的用户进入时，必须先和咨询员进行连接，咨询员将用户i p 地址加入 到用户列表，并且将该信息发布给其它用户，其它用户接收到信息后，更新用户列 表，创建新的s o c k e t 对象，与新用户建立相应的虚连接，并加入到s o c k e t 对象队列 中去。用户进行应用共享时，扫描自己的用户列表，根据用户权限，通过s o c k e t 进 行信息的转发。 两者的性能讨论： 主从结构易于实现和管理，并且也和实际项目的需求配合很好，但是中央的服务 器可能成为整个网络的薄弱环节，一旦服务器失效将导致整个系统的瘫痪；对等结 构降低了服务器的通信开销，增加了系统的容错能力，但是其缺点是系统管理非常 复杂，如果处理不当会造成更麻烦的问题。 在虚拟参考咨询平台的设计中，对于应用共享( 同步浏览和电子白板) 我们采用 的是主从结构，但是对服务器进行了一些处理。具体的做法如下： 将传统的主从结构的单服务器改为多服务器，分为电子自板服务器和同步浏览服 务器。每个服务器仅仅维护自己服务的用户信息和s o c k e t 连接，并且负责将用户或 咨询员传送来的信息转发给相应的其它用户。每个服务器的工作互不相干，如果一 个服务器出现了故障，不会影响到其它服务器的工作，提高了系统的可靠性。 3 3 多线程机制 群体协作系统中的个很重要的技术就是多线程间的通信。客户端和服务器常 常需要启动多个线程来处理多种操作。例如，服务器通常需要使用一个线程来侦听 客户端的连接，另外还需要使用线程来读入客户端传来的数据和向多个客户端发送 信息数据包。 3 3 1 多线程 j a v a 程序通过流控制来执行程序流，程序中单个顺序的流控制称为线程。多线 程指的是在单个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。j a v a 线程 的所有活动都是通过多线程体的r u n o 方法来实现的。在一个线程被创建并初始化后， j a v a 虚拟机就自动调用r u n o 方法。一个线程是在创建( d e w ) 、运行( r u n ) 、销毁 ( d e s t r o y ) 、堵塞( b l o c k ) 几种状态之间进行转换。 1 4 西安建筑科技大学硕士论文 3 3 2 共享资源冲突1 5 t 1 6 】 在使用j a v a 的多线程的时候，需要解决的一个重要问题就是共享资源冲突问题。 和进程不一样，线程之间不是相对独立的，而是相互联系的，它们可以共享一个存 储区，也可以访问同一个数据。由于线程的这个特点，不可避免的会出现资源冲突 的问题。我们可将单线程程序看作一种孤立的实体，它能遍历我们的问题空间，而 且一次只能作一件事情。由于只有一个实体，所以不必担心会有两个实体同时试图 使用相同的资源。进入多线程环境后，它们再也不是孤立的，可能会有两个甚至更 多的线程试图同时占用一个有限的资源。我们必须对这种资源冲突进行预防，否则 就可能发生两个线程同时访问一个资源，造成数据的不致性。 为了防止两个线程访问相同的资源，需要在线程使用一个资源时为其加锁。访问 资源的第一个线程为其加上锁以后，其它线程便不能再使用那个资源，除非被解锁。 j a v a 提供了内建的机制来防止它们的冲突。由于我们通常将数据元素设为v r i v a l e ( 私有) ，然后只通过g e t 方法访问那些内存，所以只需将一个特定的方法设为 s y n c h r o n i z e d ( 同步的) ，便可有效地防止冲突。在任何时刻，只可有一个线程调用特 定对象的一个s y n c h r o n i z e d 方法。下面列出简单的s y n c h r o n i z e d 方法： s y n c h r o n i z e dv o i df o s y n c h r o n i z e dv o i dg o 每个对象都包含了一把锁，也u 作“监视器”，它自动成为对象的一部分。调用 任何s y n c h r o n i z e d 方法时，对象就会被锁定，不可再调用那个对象的其它任何 s y n c h r o n i z e d 方法。除非第一个方法完成了自己的工作，并解除锁定。一个特定对象 的所有的s y n c h r o n i z e d 方法都共享着一把锁，而且这把锁能防止多个方法对通用内存 同时进行写操作。 我们需要通过同步( s y n c h r o n i z e d ) 的帮助来防止线程之间的冲突，而一旦使用 同步，就要锁定对象，也就是获取对象锁，其它要使用该对象锁的线程都只能排队 等待，等到同步方法或者同步块里的程序全部运行完才有机会。在同步方法或同步 块中，无论s l e e p o 或者s u s p e n d 0 都不可能在自己被调用的时候解除锁定，它们霸占 着正在使用的对象锁不放。但是，在某一时刻一个同步块需要等待某一个条件满足 才能继续运行，而这个条件的满足又需要当前线程解除锁定，以便使其它的线程可 以对当前的线程所占用的资源进行访问，促使这个条件的满足。解决问题的方法是 使用w a i t o 和n o t i f r o 。w a i t o 方法可以让同步方法或者同步块暂时放弃对象锁，而将 它暂时让给其它需要对象锁的程序或线程用，这意味着可以在执行w m t o 方法的期间 调用线程对象中的其它同步方法。一旦当前线程所等待的条件满足了，就需要使用 西安建筑科技大学硕士论文 n o t i 妖) 来进行通知，那么正在执行w a i “) 的线程就可以收回对象锁，继续运行了。 3 。4j 2 e e 简介 j 2 e e 是一种利用j a v a 2 平台来简化诸多企业级应用解决方案开发、部署和管理 的体系结构。它提供了个企业级的计算模型和运行环境，用于开发和部署多层体 系的应用。它通过提供企业计算环境所必须的各种服务，使得部署在j 2 e e 平台上的 多层应用可以实现高的可复用性、安全性、可扩展性和可靠性 1 7 , 1 8 】。平台使用的j a v a 语言，使得基于j 2 e e 标准开发的应用可跨平台的移植。j 2 e e 提供了企业计算中需 要的服务，并且更加易用，为多数标准定义了接口，如j n d i ，j d b c ，j t a 等，得到 了多数厂商的产品配合，大大简化了应用开发和移植过程。j 2 e e 提供的多层的分布 式应用模型、组件重用、一致化的安全模型以及灵活的事务控制，可以快速的建立 融合了i n t e r n e t 技术尤其是w e b 技术的n 层结构的分布式企业应用。 3 4 1 j 2 e e 的对象模型1 1 9 l 典型的j 2 e e 三层模型，包括表示层、业务逻辑层、数据层。在实际应用中，一 个复杂的系统可能多于三层，而一个简单系统可能缩略为两层。 表示层用户界面的开发和简单的业务逻辑都可以在这层得到实现，相对其它 两层比较简单。主要用来处理客户请求，调用相应的逻辑模块，并把结果以动态网 页的形式返回到客户端。在j 2 e e 中，表示层包括s e r v l e t 、j s p 等技术。 业务逻辑层业务层的组件进行协同工作，来解决些具体而复杂的商务逻辑。 作为解决或满足某个特定业务领域需求的逻辑业务代码由运行在业务层的e j b 或 j a v a b e a n 来执行。e j b 从客户程序处接收数据，对数据进行处理，然后将数据发送 到数据层保存。e j b 还可以从数据层中检索数据，并将数据送回到表示层显示给用 户。运行在业务层的e j b 由容器来为诸如事务、生命周期、状态管理、多线程等提 供复杂的系统级代码。 数据层该层运行企业信息系统软件，包括企业级基础设旌系统，如数据库系统、 企业资源系统( e r p ) 以及其它遗留信息系统( l e g a c yi n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 。j 2 e e 中提供了j d b c a p i 使对多种数据库的操作简单、可行。 3 4 2 j 2 e e 的特点 j 2 e e 技术的基础是j a v a 2 平台的标准版。j 2 e e 不仅巩固了标准版中的许多优点 1 6 西安建筑科技大学硕士论文 如“w r i t eo n c e ，r u na n y w h e r e ”的特性，还提供了i n t e m e t 应用中保护数据的安全 模型，并对e j b 、s e r v l e t 、j s p 以及x m l 技术提供了全面的支持。其主要特点剐1 8 t 1 9 1 ： ( 1 ) 面向对象的编程语言 j 2 e e 平台是建立在j a v a 语言基础上的，j a v a 是真正面向对象