（计算机应用技术专业论文）教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究.pdf

摘要 摘要 厦门大学拥有全国最早的高等教育重点学科，在高教管理方面具有系统而深 入的管理理念。教务管理系统对于提高教育管理水平是至关重要的! 原有的教务 管理系统已经无法满足当前教学改革的需要，因此，我们开发了新的教务管理系 统，忠实地实现这些先进的管理理念。本文介绍了教务管理系统的发展状况和现 状，新系统采用的技术框架，着重阐述了新系统的需求和设计架构、本人在系统 设计和开发过程中所参与的工作和研究内容，特别是在系统性能优化方面所做的 努力。 本文主要研究教务管理系统的系统管理模块的设计和性能优化问题，并设计 了一个基于b s 和c s 混合架构的开发模式。系统采用的开发技术是s t r u t s 架 构和h i b e r n a t e 技术。系统设计主要包括功能模块设计和后台数据库的设计。基 于b s 模式的功能模块包括：教学计划管理、开课计划管理、选课管理、学籍管 理、成绩管理、基础信息数据、系统管理、教学资源管理、教师测评、双学位管 理等。基于c s 模式的功能模块包括：排课管理、考场安排管理。 本文重点研究了系统性能优化问题，其创新点主要表现在选课性能的优化 上，多用户并发的瓶颈问题在原有系统中是无法解决的。我们分析了设计初期选 课系统拥堵、无法及时响应用户请求、服务器c p u 使用负荷过重、内存耗尽直至 死机等原因，经过详细地测试和分析，充分发挥软硬件资源配置的优势，内部系 统访问数据库的s o l 语句采用存储过程改写，外部硬件资源采用裸设备重新配置 服务器等新的策略，显著地提高了选课的性能，并在实际运用中获得了满意的效 果。尤其是存储过程和裸设备的运用，是本系统解决性能问题的一大特色。 关键词：教务管理系统；s t r u t s ；h i b e r n a t e ；存储过程；裸设备 a b s t r a c t ab s t r a c t x i a m e nu n i v e r s i t yh o l d st h ef i r s tn a t i o n a lk e yd i s c i p l i n eo fh i g h e r e d u c a t i o nw h i c hh a sb r o u g h tf o r w a r das e r i e so fi n d e p t hm a n a g e m e n t c o n c e p t s t h ed e s i g no fe d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e mi ss i g n i f i c a n tf o r i m p r o v i n gt h el e v e lo fe d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o n t h eo r i g i n a ls y s t e m o fe d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o ni nx i a m e nu n i v e r s i t yh a sb e e nu n a b l et o m e e t t h er e q u i r e m e n t so ft e a c h i n gm e t h o d o l o g yr e f o r m i no r d e rt oc o m p l e t e l y i m p le m e n tt h e s ea d v a n c e dm a n a g e m e n tc o n c e p ts ， an o v e le d u c a tio n a l m a n a g e m e n t s y s t e m h a sb e e n d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d t h e t h e s is i n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fe d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m sa n dt h e t e c h n i c a lf r a m e w o r ku s e di nt h en o v e ls y s t e m t h ef o c u s e so ft h i st h e s i s i n c l u d et h ea n a l y s i so fn e wr e q u i r e m e n t s ，t h ed e s i g na n dt h e i m p l e m e n t a t i o no ft h en o v e ls y s t e m ，a sw e l la st h ee f f o r t sf o ro p t i m i z i n g t h es y s t e mp e r f o r m a n c e t h et h e s i sh a ss t u d i e dt h ed e s i g no f f u n c t i o nm o d u l e si nt h e e d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e ma n d t h eo p t i m i z a t i o no ft h es y s t e m p e r f o r m a n c e t h en o v e ls y s t e mu s e st w om a i nt e c h n o l o g i e s ：s t r u t sa n d h i b e r n a t e i ta d o p t sah y b r i dm o d e lo fa r c h i t e c t u r ed e v e l o p m e n t ，w h i c h c o m b i n e st h eb sa n dc sh y b r i dm o d e s t h es y s t e md e s i g nc o n s i s t so f t w op a r t s ：t h ef u n c t i o nm o d u l e sa n dt h ed a t a b a s e t h ef u n c t i o nm o d u l e s b a s e do nt h eb sm o d ei n c l u d e ：m a n a g e m e n to ft e a c h i n gp r o g r a m ，m a n a g e m e n t o fo f f e r e dc o u r s e s ，m a n a g e m e n to fc o u r s er e g i s t r a t i o n ，m a n a g e m e n to f s t u d e n tr e c o r d s ，m a n a g e m e n to fs t u d e n ts c o r e s ，m a n a g e m e n to fb a s i cd a t a ， m a n a g e m e n to fs y s t e m ，m a n a g e m e n to ft e a c h i n gr e s o u r c e s ，m a n a g e m e n to f t e a c h e re v a l u a t i o n ，m a n a g e m e n to fd o u b l ed e g r e e t h ef u n c t i o nm o d u l e s b a s e do nt h ec sm o d ea r ed e s i g n e dt oa r r a n g ec u r r i c u l u ms c h e d u l ea n d t h ee x a m i n a t i o n sr o o m t h et h e s i sh a so p t i m i z e dt h es y s t e mp e r f o r m a n c e t h ec o n t r i b u t i o no f p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o nc o n c e n t r a t e so n t h em a n a g e m e n to fc o u r s e 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 r e g i s t r a t i o n t h eo p t i m i z a t i o n t e c h n o l o g i e s a r eu s e dt os o l v ea n i n e f f i c i e n tp r o b l e mi nt h eo r i g i n a ls y s t e m t h er e a s o n st ot h en e t w o r k c o n g e s ti o nw h e nr e g is t e r i n gc o u r s e sa r ef i r s tl yd is c u s s e d ，f o re x a m p l e ， t h el o n gd e l a yo fs e r v i c er e s p o n s e ，t h eo v e r l o a d i n go fc p u a n d t h e e x h a u s t e dm e m o r yi ns e r v e r a f t e rc a r e f u l l yt e s t i n ga n da n a l y z i n g ，t h e t h e s i sh a sp r o p o s e dt w om a i na p p r o a c h e s ，w h i c ht a k ea d v a n t a g e so fh a r d w a r e a n ds o f t w a r er e s o u r c e sc o n f i g u r a t i o n ，t oi m p r o v et h es y s t e mp e r f o r m a n c e ： ( 1 ) t h eu s a g eo fs t o r e dp r o c e d u r e si n s t e a do fs q ls t a t e m e n t s ，( 2 ) t h e r e c o n f i g u r a t i o no ft h ea d v a n c e ds e r v e rw i t hr a wd e v i c eu s i n gt h en e w s t r a t e g y t h e s ea p p r o a c h e s h a v eb e e nv a li d a t e ds i n c e t h e y c a n s i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h es y s t e mp e r f o r m a n c ei nt h er e a la p p l i c a t i o n e s p e c i a ll y ，t h eu s a g e so fs t o r e dp r o c e d u r e sa n dr a wd e v i c e sp l a yi m p o r t a n t r o l e st os o l v et h ep e r f o r m a n c ep r o b l e m k e yw o r d s ：e d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m ；s t r u t s ：h i b e r n a t e ：s t o r e p r o c e d u r e ：r a wd e v ic e 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均 在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学 术活动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为() 课题( 组) 的研究成果，获得() 课题( 组) 经费或实验室的 资助，在() 实验室完成。( 请在以上括号内填写课 题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特 别声明。) 声明人( 签名) ：燕吠两了芡 秒c 7 年1 月巧e l 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书 馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 1 () 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“”或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人( 签名) ：袭炳歇 砷7 年1 月2 多日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 1 高校教务管理系统的发展 教务管理系统的开发是为了满足信息化的要求，适应教学改革的需要，进一 步推动教育资源的建设，促进教育整体质量和办学效率的提高。随着高校教学改 革的深入和计算机技术的发展，相应的教务管理系统也在不断地变化。 早期的教务管理系统是单机版的，一般运行在p c 机上，采用d b a s e ，f o x p r o 等小型的d b m s ，系统的功能主要是对学生的学籍和成绩进行管理，设计比较简 单，而且系统相对封闭，不同机器上数据无法共享。系统的使用人员仅仅局限于 教务人员。 随着网络的出现和计算机硬件的发展，高校的信息化程度也在不断地提升， 校园网络建设已经成为信息化的基本要求。因此，基于校园网的教务管理系统成 为开发的重点。这个时期，c s 模型成为很多管理系统的主要开发模型。这时的 教务管理系统一般都采用c s 模型，最明显的特征是数据库由专用的服务器集中 管理，各个院系的教务秘书和教务处的工作人员通过客户端软件，借助校园网络 连接到数据库服务器上存取数据，在这种管理模式下，对于教务秘书和教务处而 言，数据得到了共享，提高了教学管理的效率和水平。 近年来，高校规模不断扩大，很多高校出现了多个校区，学生的人数也不断 增多，使得教务管理的逻辑也日趋复杂，c s 模型的管理系统逐渐暴露出其服务 器端负担过重、客户端维护困难的现象。同时高校教学管理的模式从学年制向学 分制转变，一般都要提供课程让学生自主选课，选课系统成为教务管理非常重要 的模块。而传统的基于c s 模型的系统已经无法满足这种要求。在这种情形下， 随着i n t e r n e t i n t r a n e t 的应用快速兴起和发展，特别是高校教学改革的深入， 网上管理和网上选课已经成为必然趋势。因此，b s 模式的教务管理系统获得青 睐，成为各高校管理系统的必然选择。b s 架构采用三层结构，即浏览器、应用 服务器和数据库服务器三者相分离，使系统业务逻辑和数据库分开存储，减轻了 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 服务器的负重，用户只要通过浏览器就能访问系统，不再需要安装客户端软件。 因此，教务管理系统也不再是教务秘书和教务处管理人员的专用系统，所有的老 师和学生都能通过浏览器直接访问系统，快速获得所需要的信息，这就大大地提 高了教学管理水平，减轻了管理人员的负担，提高了教学的质量。 1 1 2 研究意义 教务管理是高校人才培养的核心工作。利用先进的信息技术手段和指导思想 提高教育管理水平，对提高人才的综合素质培养具有重大的影响。教务管理系统 是数字化校园极为重要的组成部分之一，是为了建设高校教务教学的数字化管 理，提高教务管理人员、工作人员以及各院系教学负责人的工作效率，并且与“数 字化校园”中的其它系统相衔接，共同实现统一的信息管理。教务管理功能涉及 到学生从入学到毕业的全过程管理，包括学籍管理、教学计划、开课计划、课程 报课、排课管理、选课管理、考试管理、成绩管理、实验管理、毕业设计、教学 质量监控等多个环节，适合学校教学管理部门对学生从入学到毕业离校的全过程 管理。一体化管理模式，可大大减少教务管理的手工劳动，为提高教务工作效率 和推进高校教学改革提供了重要的参考依据。 教务管理系统项目的功能充分体现了以人为本的教育方针，在教学管理的各 个环节上均以学生为中心，实现了自主选课和个性化培养思路。 同时，采用最新技术，基于浏览器n 务器( b s ) 的应用体系结构构建的网 络教务管理系统，使学校教学管理真正实现了远程办公、异地办公，可以满足学 校现在和未来对信息资源采集、存储、处理、组织、管理和利用的需求，将信息 资源实行集中管理和统一调度，实现了信息资源的高度集成与共享，能够为各级 管理部门提出准确、及时的相关信息和快捷、方便、科学的决策分析处理系统， 为信息交流、教学管理提供了一个高效快捷的电子平台，最终达到进一步提高各 级领导科学决策水平，提高各院系、各部门管理人员管理水平与办公效率，减轻 管理工作负担等目的。 第一章绪论 1 2 课题的来源和本文结构 1 2 1 课题来源 本课题来源于厦门大学教务处。厦门大学是一所跨海多校区的学校，分校区 和本部隔海相望。目前本科生有2 万多人，分布在两个校区。教职工的规模也有 5 0 0 0 人左右，学校规模的扩大也给教学管理带来一定的难度。因此，原来的教 务管理系统也逐渐显现出不适用性。同时，伴随着学校新一轮教学改革的深入进 行，新的教学管理理念的注入，原有系统的缺点更加明显。2 0 0 7 年初，厦门大 学教务处决定将先进的管理理念融入新的教务管理信息系统中。经过到全国几大 著名高校的调研，发现目前各高校的教务管理系统都有其自身的局限性，无法满 足厦门大学自身的管理需求，因此，学校决定由本校的计算机系教师自主研发一 套基于w e b 环境的、具有厦门大学特色的、符合厦门大学管理理念的教务管理系 统。 由于历史和现实的原因，原有系统的功能和使用范围都受到一定的限制，鉴 于此，建设基于w e b 的教务管理系统，对于资源合理配置和跨平台信息交换具有 很强的现实意义。 1 2 2 本文结构 本文共分成六章，第一章简要介绍了课题的研究背景、研究意义及课题的来 源，指出课题的主要创新点。第二章中，作者分析了当前流行的模式技术架构的 优点和不足并根据本系统的需求，确定了c s 和b s 混合架构的思路，采用基于 m v c 设计模式的w e b 开发，并用s t r u t s + h i b e r n a t e 技术作为具体实现方法。第 三章描述系统的需求说明和部分设计方法，阐述了后台数据库表的设计过程。第 四章着重介绍系统的具体实现情况，主要是作者参与的系统管理模块极其存储程 序的实现。第五章重点介绍了系统性能优化的方法和设计过程，详细介绍了本系 统运用的方法，存储程序和裸设备的运用对系统性能的提高最为明显。最后一章 总结了本系统的开发和使用情况，并对系统的创新点做了总结，同时也指出了系 统的不足之处，希望今后能继续改进和完善。 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 1 3 课题的创新点 教务管理系统的创新点主要有下面三点： ( 1 ) 采用多种算法结合，同时利用本校教学资源的特殊性开发出新的排刻软 件，实现了自动排课功能，彻底解决了旧系统半手工半自动的排课模式。 ( 2 ) 选课管理实现新的管理理念，全校各院系的课程全部放开，实现全面选 课，并且本系本专业的必修课，可以让全校其它系专业的学生任选，当然人数会 自动控制，外系外专业学生一旦选中，即成为学生的选修课，课程类型自动转换， 并且个别课程学分也相应发生改变，这是全面选课的重要环节，系统予于实现。 ( 3 ) 选课系统性能的提高，通过调研发现，很多高校的选课系统，同时选课 人数达到上千以后，系统性能急剧下降，响应缓慢。本系统经过优化后，性能明 显改善。 1 4 本章小结 本章首先介绍了教务管理系统的发展情况和研究意义，然后介绍本课题的来 源以及系统需要实现的问题，还介绍了本文的结构安排情况，最后介绍了系统的 创新点。 第二章系统开发技术 第二章系统开发技术 2 1 模式技术架构的选择 c s 和b s 是当今世界开发模式技术架构的两大主流技术。目前，很多的软 件产品都是基于这两种技术架构上开发的。两种技术架构各有自己的优势和劣 势。教务管理系统架构的选择，主要从系统的效率、易用性、安全性、可维护性 及可靠性来考虑。以下对两种架构作具体说明并进行比较，然后根据厦门大学教 务管理系统的实际需求，确定最终的技术架构。 2 1 1c s 架构 c s 是建立在局域网的基础上，由客户机与服务器组成的二层结构系统模 式，其结构如图2 1 所示。c s 模式是客户机发出请求，服务器直接将结果返回 客户机的一种资源共享的工作方式。客户工作站的应用请求被送往数据库服务 器，数据库服务器接受请求，并把执行结果传回给客户端。在c s 模式中，由服 务器承担对数据库的全面管理，服务器是整个系统的控制中心，在服务器和客户 机上分别运行服务器程序和客户程序。 系统平台采用c s 架构的优点是很明显的。首先，由于c s 架构在客户端有 一套完整的应用程序，所以具有很强的交互性；第二，由于c s 架构是配对的点 对点的结构模式，通常采用的是适用于局域网、安全性较好的网络协议，因此 c s 架构能提供更为安全的存取模式；第三，c s 架构只有两层逻辑结构，其网 络通讯量较低，传输速度快；第四，c s 模式没有过多的占用网络资源。 但是单独采用c s 架构也存在着一定的缺陷，每个连上服务器的请求，都要 在服务器上产生一个新的服务器进程。如果请求终端的数量较多，服务器产生的 进程增多，造成服务器系统资源的枯竭或进程间的死锁，使得系统不稳定甚至崩 溃；另外，传统的c s 架构的软件需要针对不同的操作系统开发不同版本的软件， 由于产品的更新换代十分快，代价高和低效率已经不适应工作需要。一旦客户需 求发生变化，应用程序便要重新安装，不便于系统的维护。 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 2 1 2b s 架构 b s 是基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的结构模型，即前台客户端采用浏览器，中 间件服务器为w e b 服务器，后台为数据库服务器。此种结构由客户端在w e b 页面 发出请求至w e bs e r v e r ，w e bs e r v e r 接受客户端请求后，将这个请求转化为s q l 语法，并交给数据库服务器，数据库服务器得到请求后，验证其合法性，并进行 数据处理。最后w e b 服务器接收到数据库服务器的应答后，最终返回给客户端的 仍然是页面形式。这样客户端不直接和数据库服务器发生关系，保证了数据的安 全性。 b s 是随着i n t e r n e t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的结构 模式，是一种从传统的二层c s 模式发展起来的新的网络结构模式，其本质是三 层结构c s 模式。在这种结构下，用户界面完全通过w w w 浏览器实现，一部分事 务逻辑在客户端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓三层结构， 由客户端、数据库系统和实现客户端和数据库系统通信的中间件组成，如图2 2 所示。 b s 结构主要是利用了不断成熟的w w w 浏览器技术，结合浏览器的多种嵌入 式s c r i p t 语言( 如v b s c r i p t ，j a v a s c r i p t ) 和a c t i v e x 技术，用通用浏览器就实 现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全 新的软件系统构造技术。随着w i n d o w s 操作系统将浏览器技术嵌入其内部，这种 结构更成为当今应用软件的首选体系结构。显然b s 结构应用程序相对于传统的 c s 结构应用程序将是巨大的进步。随着计算机产业网络化的发展，w w w 正成为 第章系统开发技术 世界上最大的信息资源中心。利用w e b 技术，使用w e b 浏览器可以在非常友好的 界面下方便地进入互联网，在w e b 服务器上获取所需信息。但在传统的w e b 服务 器中，文本和其它多媒体信息都是以文件的形式进行存储和管理的，虽界面友好， 但它终究是一种静态的界面，不能满足对信息服务的动态性、实时性、交互性的 要求。数据库技术经过几十年的发展，其功能越来越强大，现在己有多种适用于 在网络平台上运行的数据库系统( 如o r a c l e ，s y b a s e ，s q l s e r v e r 等) ，这些大型 数据库系统都具有对大批量数据进行有效组织、管理快速查询、检索的能力，非 常适合于网络上运行。因此，将数据库技术与w e b 技术相结合开发动态的w e b 数据库应用系统是计算机网络技术与数据库技术应用发展的趋势。 客户浏览器 f t ph t 、 w e b 服务器 j ) p h t l 、 求结果 1r 应用程序 服务器 淆g q 求l jt 结s o 罘l ，一、， 、k 一一 数据库服务器 、l 图2 2 浏览器，服务器架构 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 2 1 3o s 和b s 的区别 ( 1 ) 网络环境不同 c s 一般建立在专用和小范围里的局域网网络环境，局域网之间再通过专门 服务器提供连接和数据交换服务，它采用的是i n t r a n e t 技术，不适合于广域网 环境下使用。b s 建立在广域网之上的，它采用的是i n t r a n e t i n t e r n e t 技术， 不必是专门的局域网络环境，例如通过电话上网，租用设备均可。b s 在局域网 或广域网环境下都能使用，而且现有浏览器都支持s s l 等安全协议，很容易实现 客户端通信数据的加密，这在c s 模式中将花费极大的代价才可能做到，因此 b s 有比c s 更强的适应范围，一般客户端只需要有操作系统和浏览器就可以运 行。 ( 2 ) 对安全要求不同 c s 一般面向相对固定的用户群，对信息、安全的控制能力很强。一般安全 度比较高的信息服务采用c s 结构比较适宜。b s 可用于发布部分可公开信息， 由于是建立在广域网上，面向的是不可知的用户群，因此对安全的控制能力相对 弱。 ( 3 ) 软件重用性不同 c s 程序不可避免的整体性考虑导致构件的重用性不如在b s 模式下构件的 重用性好。b s 的多重结构，要求构件相对独立的功能，能够相对较好的重用。 系统维护是软件生存周期中较大的一笔开销，c s 程序应用逻辑很难重用， 通常应用逻辑的改变意味着客户端代码的重写，并需要更新所有客户机程序。所 以大规模部署使用c s 应用会带来很多的系统管理难题，例如每当系统作一个小 修改时，所有安装该系统的客户端都必须重新升级，增加了系统管理的难度。b s 由于采用面向对象技术代码，可重用性好，系统集中管理配置，客户端都是标准 的浏览器，所以大规模部署使用b s 应用不会引起系统管理难题。 第二章系统开发技术 ( 4 ) 运行性能不同 c s 结构采用的是线程技术，每当有一连接请求时，系统就将增加一个线程， 当客户的请求数量增多时，系统将消耗大量的资源并有可能导致系统崩溃，所以 c s 结构不适合于用户数量太多的情况。而b s 结构则不相同，它支持更多的客 户连接，可根据访问量动态配置w e b 服务器、应用服务器以保证系统性能。但是 c s 模式在逻辑上比b s 模式少一层结构，因此c s 模式的网络通讯量要低于1 3 s 模式。故对于相同的任务，c s 模式在速度上相对于b s 模式快，从而可以提高 用户的工作效率，减轻网络负担。 ( 5 ) 开发成本不同 采用c s 模式开发系统，在开发费用上较低，开发周期也比较短，而采用 b s 模式开发系统，在开发费用上相对较高，开发周期比较长，需要的投资比较 大。 总结起来，c s 模式和b s 模式各有优缺点，c s 模式相对来说通信速度比 较快、开发比较容易、成本较低、交互性强、可靠性高、事务处理能力强，遵守 的标准要求是相同的，网络安全性高。而b s 模式则是与平台无关、维护方便、 硬件成本低、有良好的扩充性。但是对于当今的技术发展来看，单纯用c s 模式 或b s 模式可能都不是最合理的方案，最可取的方案可能是将c s 模式和b s 模式相结合的一种方案。采用c s 模式和b s 模式相结合的数据库管理系统的体 系结构，可以实现二者的优势互补。鉴于此，厦门大学教务管理系统正是在广泛 调研的基础上，结合本校校区的分布特点( 跨海多校区) 和新的教学管理理念，充 分考虑系统需求和多用户的实际需要，采用c s 和b s 的混合架构。b s 架构是 必然的选择，是主要的实现架构，但是对于个别特殊的模块功能，则采用c s 架构。和其它高校的同类系统或者采用单一c s 架构或者单一b s 架构相比较， 本系统的模块之间采用混合架构，而且同一模块的不同功能之间也根据需求采用 混合架构。因此，本系统采用的混合架构模式在性能上更具优势。在系统中，将 部分专用模块( 如排课管理、考试管理等) 采用了c s 体系结构，而其它通用部分 ( 如选课、学籍管理、教师管理等) 采用b s 体系结构。并且，同一个模块的不同 功能之间也采用b s 和c s 相结合的混合架构模式。如排课管理模块，由于排课 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 管理涉及课程门数多，教室多，时间冲突等诸多复杂条件，算法时间和空间复杂 度高。因此，在运行算法计算时，采用c s 架构，提高运算性能。排课完成后， 将排课结果写入数据库中，这时，管理人员、教师和学生要查询排课结果时，系 统采用b s 结构，这样，所有有权限的用户都可以通过浏览器来访问排课结果， 不受时间和空间的限制，极大地方便了广大用户的使用，也大大提高了系统的性 能。考场安排管理也采取类似的混合架构。 2 2 基于m v c 设计模型的w e b 开发模式 2 2 1w c 模型概述 m v c 英文即m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ，即把一个应用的输入、处理、输出流 程按照m o d e l 、v i e w 、c o n t r o l l e r 的方式进行分离，这样一个应用被分成三个层 模型层、视图层、控制层。 视图( v i e w ) 代表用户交互界面，对于w e b 应用来说，可以概括为h t m l 界面， 但有可能为x h t m l 、x m l 和a p p l e t 。随着应用的复杂性和规模性，界面的处理也 变得具有挑战性。一个应用可能有很多不同的视图，m v c 设计模式对于视图的处 理仅限于视图上数据的采集和处理，以及用户的请求，而不包括在视图上的业务 流程的处理。业务流程的处理交予模型( m o d e l ) 处理。比如一个订单的视图只接 受来自模型的数据并显示给用户，以及将用户界面的输入数据和请求传递给控制 和模型。 模型( m o d e l ) ：就是业务流程状态的处理以及业务规则的制定。业务流程的 处理过程对其它层来说是黑箱操作，模型接受视图请求的数据，并返回最终的处 理结果。业务模型的设计可以说是m v c 最主要的核心。目前流行的e j b 模型就是 一个典型的应用例子，它从应用技术实现的角度对模型做了进一步的划分，以便 充分利用现有的组件，但它不能作为应用设计模型的框架。它仅仅告诉你按这种 模型设计就可以利用某些技术组件，从而减少了技术上的困难。对一个开发者来 说，就可以专注于业务模型的设计。m v c 设计模式告诉我们，把应用的模型按一 定的规则抽取出来，抽取的层次很重要，这也是判断开发人员是否优秀的设计依 据。抽象与具体不能隔得太远，也不能太近。m v c 并没有提供模型的设计方法， 而只告诉你应该组织管理这些模型，以便于模型的重构和提高重用性。我们可以 第二章系统开发技术 用对象编程来做比喻，m v c 定义了一个顶级类，告诉它的子类你只能做这些，但 没法限制你能做这些。这点对编程的开发人员非常重要。 业务模型还有一个很重要的模型那就是数据模型。数据模型主要指实体对象 的数据保存( 持续化) 。比如将一张订单保存到数据库，从数据库获取订单。我 们可以将这个模型单独列出，所有有关数据库的操作只限制在该模型中。 控制( c o n t r o l l e r ) 可以理解为从用户接收请求，将模型与视图匹配在一起， 共同完成用户的请求。划分控制层的作用也很明显，它清楚地告诉你，它就是一 个分发器，选择什么样的模型，选择什么样的视图，可以完成什么样的用户请求。 控制层并不做任何的数据处理。例如，用户点击一个连接，控制层接受请求后，并 不处理业务信息，它只把用户的信息传递给模型，告诉模型做什么，选择符合要 求的视图返回给用户。因此，一个模型可能对应多个视图，一个视图可能对应多 个模型。 模型、视图与控制器的分离，使得一个模型可以具有多个显示视图。如果用 户通过某个视图的控制器改变了模型的数据，所有其它依赖于这些数据的视图都 应反映到这些变化。因此，无论何时发生了何种数据变化，控制器都会将变化通 知所有的视图，导致显示的更新。这实际上是一种模型的变化一传播机制。模型、 视图、控制器三者之间的关系和各自的主要功能，如图2 3 所示。 2 2 2m v c 的优点 图2 3m v c 功能示意图 ( 1 ) 可以为一个模型在运行时同时建立和使用多个视图。变化一传播机制可 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 以确保所有相关的视图及时得到模型数据变化，从而使所有关联的视图和控制器 做到行为同步。 ( 2 ) 视图与控制器的可接插性，允许更换视图和控制器对象，而且可以根据 需求动态的打开和关闭、甚至在运行期间进行对象替换。 ( 3 ) 模型的可移植性。因为模型是独立于视图的，所以可以把一个模型独立 地移植到新的平台工作。需要做的只是在新平台上对视图和控制器进行新的修 改。 ( 4 ) 潜在的框架结构。可以基于此模型建立应用程序框架，不仅仅是用在设 计界面中。 2 3s t r u t s 框架实现m v c 模式 2 3 1s t r u t s 框架概述 s t r u t s 是a p a c h e 组织的一个项目，像其它的a p a c h e 组织的项目一样，它 也是一个开源项目。s t r u t s 框架是m v c 设计模式的一个具体实现，提供了对开 发m v c 系统的底层支持，它采用的主要技术是s e r v l e t ，j s p 和c u s t o mt a g l i b r a r y 。s t r u t s 框架是一种基于j a v a 的技术，w e b 应用程序开发人员通过 s t r u t s 框架即可充分利用面向对象设计，代码重用及“编写一次，到处运行 的优点。另外，s t r u t s 不仅是拥有自己的控制器，同时整合了其它的一些技术 来实现模型层和视图层，例如：在模型层，它可以很容易与的与数据库的访问技 术相组合，包括j d b c 技术和e j b 技术。在视图层，它能够与j s p 、x s l 等组件相 结合。所以从一定的意义上讲，采用s t r u t s 来实现基于m v c 的w e b 应用的开发， 可以根据具体的需求来选择设计的复杂程度，具有很好的扩展性。s t r u t s 的主 要优势功能如下： ( 1 ) s t r u t s 中包含一个控制器s e r v l e t ，用来控制用户的请求发送到相应的 a c t i o n 对象。 ( 2 ) 在j s p 页面中可以选用自定义标签库，并且在控制器s e r v l e t 中提供关 联支持，这样可以帮助开发人员方便快捷地创建交互式表单应用。 ( 3 ) s t r u t s 还提供了一系列实用对象：x m l 文件处理、通过j a v ar e f l e c t i o n a p i 自动处理j a v a b e a n s 属性、国际化的提示和消息。 第二章系统开发技术 2 3 2s t r u t s 核心组件 s t r u t s 是一组相互协作的类、s e r v l e t 和j s p 标记，它们组成了一个可重用 的m v c 模式。这个定义表示s t r u t s 是一个框架，而不是一个库，但同时s t r u t s 也包含了丰富的标记库和独立于该框架工作的实用程序类库。s t r u t s 通过一些 组件类来完成框架的功能，这些组件包括：a c t i o n s e r v l e t 、a c t i o n 、a c t i o n f o r m 、 a c t i o n f o r w a r d 、a c t i o n m a p p i n g 。 1 a c t i o n s e r v l e t a c t i o n s e r v l e t 继承自j a v a x s e r v l e t h t t p h t t p s e r v l e t 类，它在s t r u t s 中扮演的角色是控制器。它提供了一个中心位置来主要负责将h t t p 客户请求组 装后，根据配置文件指定的描述，转发到适当的处理器。另外，除了作为应用程 序的前端控制器外，a c t i o n s e r v l e t 实例还负责初始化和清除应用程序的资源。 2 a c t i o n 一个a c t i o n 类的角色，就像是客户请求动作和业务逻辑处理之间的适配器， 它作为应用程序响应用户请求的动作，将请求与业务逻辑分开。这样用户的请求 和a c t i o n 类之间可以有多个点对点的映射。a c t i o n 最为常用的方法是 e x e c u t e0 ，典型的a c t i o n 类一般要在e x e c u t e0 方法中实现下列逻辑： ( 1 ) 检查用户s e s s i o n 的当前状态。如果s e s s i o n 过期或者用户没有登录， 要将表示的页面跳转到用户登录页面。 ( 2 ) 检查用户输入的合法性。调用f o r mb e a n 实例的v a l i d a t e0 方法检查一 些字段的输入值是否恰当或合法。 ( 3 ) 执行业务操作。调用业务逻辑b e a n 的相应方法执行用户的业务请求。 ( 4 ) 更新服务器端的对象。将m o d e l 的状态改变通知给v i e w ，并返回请求页 面。 3 a c t i o n f o r m 一个应用系统的消息转移( 或者说状态转移) 的非持久性数据的存储，通常由 a c t i o n f o r mb e a n 来负责，它的主要功能是为a c t i o n 的操作提供与客户表单相 映射的数据。对于每一个客户的请求，一般要经历如下几个步骤： ( 1 ) 检查a c t i o n 的映射，确定配置文件中己经配置了对a c t i o n f o r m 的映射。 ( 2 ) 根据n a m e 属性查找a c t i o n f o r m 的信息。 教务管理系统的系统管理设计和性能优化研究 ( 3 ) 查找a c t i o n f o r m 的使用范围，确定在此范围下是否存在对应的f o r m b e a n 的实例。 ( 4 ) 假如在当前范围内，相应的f o r mb e a n 的实例己经存在，而且对当前的 请求来说是同一类型的话，就可以重用，否则，就要重新构建一个f o r m b e a n 的 实例。 ( 5 ) 调用f o r mb e a n 的r e s e t0 方法。 ( 6 ) 调用对应的s e t0 方法，对状态属性赋值。 ( 7 ) 如果v a l i d a t e d 属性值被设置为t r u e ，则调用f o r mb e a n 的v a l i d a t e0 方法。 ( 8 ) 如果v a l i d a t e ( ) 方法没有返回错误，控制器将a c t i o n f o r m 作为参数， 传给a c t i o n 实例的e x e c u t e ( ) 方法执行。 4 a c t i o n f o r w a r d 当a c ti o n 实例的e x e c u t e0 方法运行完毕后，控制器根据m a p p i n g 可以将 响应信息转到适当的地方，a c t i o n f o r w a r d 的主要功能就是对将要转向的视图的 地址的一个封装。转向的各种属性也可以在配置文件中设置，这样就大大提高了 软件的复用性和可维护性。 5 a c t i o n m a p p i n g a c t i o n m a p p i n g 以j a v a 类的形式封装了怎样将一个请求u r i 映射到与其对 应的a c t i o n 的一些信息。a c t i o n m a p p i n g 对象帮助进行框架内部的流程控制， 它们可以将请求u r i 映射到a c t i o n 类，并且将a c t i o n 类与a c t i o n f o r mb e a n 相关联。s t r u