（计算机软件与理论专业论文）基于bs体系结构软件开发技术研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名：日期： 山东大学硕士学位论文 摘要 随着计算机网络及其相关技术的发展，w e b 作为一个强有力的通信渠道，在 w e b 上分布式应用较之c l i e n t s e r v e r 应用表现出许多优越性。这使得许多应用系 统开发由基于p c 或局域网上的c l i e n t s e r v e r 应用将逐渐转向基于 b r o w s e s e r v e r 的b s 体系结构应用的发展。 传统的基于b s 应用系统的采用“客户端+ w 曲+ 数据库”的应用系统开发方 式，采用这种方式主要表现在：它们需要h t t p 和w e b 服务器作为中介，来协 调服务器和客户机对象之间的通信，这必然在w e b 服务器处形成“瓶颈”。因此 造成系统w e b 服务器负荷过重、执行效率不高以及缺乏延展性等，难以应付中 大型应用的需求，另外由于业务逻辑和数据访问程序这些代码开放，很容易暴露 商业规则，造成系统的不安全。 随着分布式对象技术近年来飞速发展，将w e b 技术、分布式对象技术两者的 有机结合，将整个b s 体系结构扩展为“浏览器+ w e b 服务器+ 中间层+ 数据库” 的多级分布式w e b 应用系统的结构，成为基于b s 体系结构应用系统的发展方 向。本人结合自己参与 软件开发实际工作，对b t s 体系结构开发应用系统的有关技术进行了分析。在第二章对传统的c s 结构、三 层体系结构、b s 结构特点进行了分析和对比，提出了将b s 与c s 结合改进 b s 体系结构不足；第三章对组件理论及c o m 、c o r b a 等技术进行了分析；第 四章探讨了基于c g i 、w e ba p i 、a d o 、o d b c ，j d b c 几种w e b 数据库连接 技术：第五章探讨了组件技术在多层w e b 中应用，提出了将b s 与c s + w e b + 中间层+ 数据库分布式多层体系结构并进行了分析，给出一个实际例子；第六章 对于b s 体系结构下数据完整性以及安全性进行了分析，并提出了解决方案，提 出了将r b a c 用于基于w e b 用户权限控制，同时提出了将r s a 、d e s 算法相 结合用于b s 结构据中数据传输的安全性。 关键词：b s ，w e b ，组件，r b a c ，c s ，数据库，r s a ，d e s 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rn e t w o r ka n dr e l a t i v et e c h n o l o g y , w e bh a s b e c o m eo n eo ft h e s t r o n g e s t c o m m u n i c a t i v e t o o l s ，t h ed e v e l o p e d d i s t r i b u t e d a p p l i c a t i o n si nw e bh a v es h o w e dm a n ya d v a n t a g e so v e rc l i e n t s e r v e ra p p l i c a t i o n s m a n ya p p l i e ds y s t e m sw h i c hb a s e do nc l i e n t s e r v e r i np co rl o c a ln e t w o r ka r e g r a d u a l l yt u r n i n gt ot h ed e v e l o p e da p p l i c a t i o nb a s e do n b r o w s e r s e r v e r t h e s em o d e l so ft r a d i t i o n a la p p l i e d s y s t e mb a s e do n b sw h i c hi st h em o d e lo f “c l i e n t + w e b + d a t a b a s e ”n e e dt h es u p p o r to fh t t pa n dw e ba sm e d i u mt oc o o p e r a t e t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h eo b j e c to fs e r v e ra n dc l i e n t ，t h e ym a y b r i n ga b o u t b l o c k sb e t w e e nt h e m t h es h o r t a g e so fo v e r l o a da n dl o w e re f f i c i e n c ya n dl a c k i n g e x t e n d i n gm a k et h e md i f f i c u l tt oa d a p tt ot h en e e do fm e d i u m - ro rb i g - rs i z e ds y s t e m a p p l i c a t i o n i na d d i t i o n ，b e c a u s eo ft h eo p e n i n go fl o g i cb u s i n e s sa n dd a t aa c c e s s c o d e s ，i ti se a s yt oe x p o s et h eb u s i n e s sr u l e sa n dm a k e t h ea p p l i c a t i o n s y s t e mu n s a f e w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t e do b j e c t ，t h ec o m b i n a t i o no fw e ba n d d i s t r i b u t e do b j e c tw i l lm a k et h ea r c h i t e c t u r eb a s e d0 1 1b se x t e n dt ob em u l t it i e r d i s t r i b u t e dw e ba p p l i e d s y s t e ma p p l i c a t i o n s w h o s em o d e li st h ea r c h i t e c t u r eo f “b r o w s e + w e bs e r v e r + m i d d l e t i e r + d a t a b a s e ”，i th a sb e c a m et h el e a d e ro fa p p l i e d s y s t e mb a s e d o nb sa r c h i t e c t u r e w ea n a l y z et h er e l a t i v et e c h n i q u e so fa p p l i e d s y s t e md e v e l o p m e n tb a s e d o nb sa r c h i t e c t u r ef r o mt h ep r a c t i c a lw o r ko f t h e p l a t f o r mo f t h es c h o o lm a n a g e m e n ts y s t e md e v e l o p m e n t “i nc h a p t e r2w ea n a l y z e f e a t u r e so fa r c h i t e c t u r e sb a s e do nc sa n db sa n dt h r e e t i e ra r c h i t e c t u r e ，p u tf o r w a r d o n em e t h o dt oc o m b i n et h ea r c h i t e c t u r eb a s e do nc sa n da r c h i t e c t u r eb a s e do nb st o o v e r c o m et h es h o r t a g eo fb sa r c h i t e c t u r e ；i nc h a p t e r3 ，w ea n a l y z et h ec o m p o n e n t t h e o r ya n dt h er e l a t i v et e c h n i q u e so f c o ma n dc o r b ae t c ；i nc h a p t e r4 , w ed i s c u s s s o m ew e bd a t a b a s ea c c e s s t e c h n i q u e s b a s e do nc g iw e ba p ia d oa n d o d b c j d b c ；i nc h a p t e r5 ，w e d i s c u s st h ea p p l i c a t i o n so fc o m p o n e n tt e c h n i q u e si n m u l t i t i e rw e b s y s t e m ，p u tf o r w a r d a n da n a l y z et h ea r c h i t e c t u r eb a s e do nt h em o d e lo f “b s ，c s + w e b + m u l t i t i e r + d a t a b a s e ”，a n da tl a s tg i v ea ne x a m p l e i nc h a p t e r6w e a n a l y z e t h ed a t ai n t e g r a l i t ya n ds e c u r i t yb a s e do nb sa r c h i t e c t u r ea p p l i c a t i o na n dp u t 2 山东大学硕士学位论文 f o r ? v a r d s o m em e t h o d st os e t t l et h e m ，a l lu s e ra u t h o r i z a t i o na c c e s sc o n t r o lm o d e l b a s e do nr b a ci s b r i n gf o r w a r d ，m e a n w h i l et h ec o m b i n a t i o no fr s a a n dd e s a r i t h m e t i ct os o l v et h ep r o b l e mo fd a t at r a n s p o r t a t i o ns e c u r i t yi nb sa r c h i t e c t u r e a p p l i c a t i o ni sa l s op r e s e n t e d k e yw o r d s ：b s ，w e b ，c o m p o n e n t ，r b a c ，c s ，d a t a b a s e ，r s a ，d e s 3 山东大学硕士学位论文 第一章引言 随着计算机网络及其相关技术的发展，i n t e r n e t i n t r a n e t 不再仅仅是人们交流 和获取信息的途径，而将成为一个大的分布式的计算平台。电子商务等各种很有 发展前途的应用都将以这一平台为基础。由于w e b 是一个强有力的通信渠道， 在w e b 上分布式应用较之c l i e n t s e r v e r 应用表现出许多优越性。这使得许多应 用系统开发由基于p c 或局域网上的c l i e n t s e r v e r 应用将逐渐转向基于 b r o w s e s e r v e r 的b s 体系结构应用的发展。 ( 一) b s 应用系统简述 传统的基于b s 应用系统的服务器端采用“w e b + 数据库”的两层应用系统开 发方式但采用这种方式主要问题在于：它们需要h 兀p 和w e b 服务器作为中 介，来协调服务器和客户机对象之间的通信，这必然在w e b 服务器处形成“瓶 颈”。一个客户机对象无法越过w e b 服务器直接调用应用服务器对象，客户机与 服务器之间交互的基本形式仍然是h 订p 表格，这种通信方式对于复杂的客户机 服务器应用来说信息流量是相当大的。因而当客户端数目进一步增加后，w e b 服务器的响应速度将会大大减慢；同时由于该体系结构不具备扩展性，一旦客户 端日益增多的业务处理请求超过应用服务对象所能承受的负荷，整个系统就会无 法正常运行：另外由于业务逻辑和数据访问程序一般由j a v as c r i p t 、v b s c r i p t 等嵌入式小程序实现，而这些代码是开放的因此商业规则很容易暴露，造成系 统的不安全。 这种简单的w e b 模型已经不能适应更加复杂的应用逻辑和数据处理需要。一 些i n t r a n e t 企业管理系统，如m i s 、m r p i i 、e r p 、p d m 等系统都需要高性能的 系统结构，才能实现它们复杂的功能。为此，人们开始把分布式对象技术引进到 w e b 上。分布式对象技术是近年来飞速发展的一种软件技术，该技术允许在不同 机器上的对象相互传递消息。分布式对象的应用程序可以通过网络与其它对象应 用程序互相操作，就客户对象而言，无需了解服务器对象是用哪种语言建立、运 行在何种操作系统、硬件平台之上，也无需知道它存在于系统的什么地方，只需 知道对象的名字和对象的标准接口。一个位于大型机的分布式对象可以不加修 改，而在w i n d o w s 、u n i x 等其它任何平台上供调用。另外，分布式对象易于管 理，由于调用程序是通过对象的标准接口进行操作的，所以当对一个对象做出改 山东大学硕士学位论文 动、升级时，调用程序不必做任何变动，也无需重新编译整个应用程序。 w e b 技术、分布式对象技术两者的有机结合，将整个b s 体系结构扩展为“浏 览器+ w e b 服务器十中间层+ 数据库”的多级分布式w e b 应用系统的结构。采用 这种体系结构将b s 体系结构式与c s 三层体系结构优点相结合，通过像微软提 供的m t s 事物服务器来提供底层的基本服务，使得开发人员可以直接利用，从 而把主要的精力投入与应用相关的真正的商业规则( b u s i n e s sl o g i c ) 上。这种 系统具有较好的安全机制、负载平衡、延展性和执行效率。 目前分布式对象技木以其优异的性能得到了广泛的应用，但是它的标准并 没有实现统一，当前的形式是存在着以o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 采用 的分布式对象规范c o r b a 和微软采用的c o m 技术为代表的两大技术规范，它 们在市场中都有一定的产品的支持，在实际应用中都占有一定的比例。两类产品 技术都在发展和完善，如增强w e b 事务处理能力、增强负载平衡能力、增强使 用的安全性等。 以分布式对象技术为基础建立多级分布式w e b 应用系统己为企业的i t 带来 无限的生机与活力，但是如何构建这样一个模型对广大i t 管理者和开发者来说 并不是一件容易的事。由于市场上对其定义还没有达成一致，各厂商都有自己的 说法，产品的功能也不尽相同。因此选择什么样的平台，选择什么样的产品，利 用什么技术把分布的组件统一为一个整体，使其更安全更有效，所有这些都还没 有定论。 ( 二) 本文主要研究工作 本人结合自己参与 t s ) 。 ( 5 )消除数据库瓶颈。由于客户机与服务器通常不在同一个局域网上， 而应用服务器与数据库服务器往往在高速局域网，甚至是同一台主 山东大学硕士学位论文 机，故t c t s 。虽然数据库的并行系统不能有很大的并发度，但 应用服务器却无此限制，当应用服务器成为瓶颈时，可以通过增加 应用服务器数目，由多台应用服务器同时为终端客户服务，实现平 衡负载同时提高系统的整体可靠性。当数据库瓶颈不可逾越时， 可以由应用服务器上的应用来实现用分类过的数据来访问不同的 数据库，由多个数据库实现应用级的一个逻辑数据库，这可在一定 程度上消除数据库服务器的瓶颈。消除数据库瓶颈： 2 3 2 、b ，s 体系结构的不足 经过近一两年的应用，b ，s 体系结构也暴露出了许多不足地方，具体表现在 以下几个方面： ( 1 )由于浏览器只是为了进行w e b 浏览而设计的，当其应用于w e b 应用系统时，许多功能不能实现或实现起来比较困难。比如通过浏 览器进行大量的数据输入，或进行报表的应答都是非常困难和不便 的。 ( 2 )复杂的应用构造困难。虽然可以用a c t i v e x 、j a v a 等技术开发较为 复杂的应用，但是相对于发展已非常成熟c s 的一系列应用工具来 说，这些技术的开发复杂，并没有完全成熟的技术供使用。 ( 3 )h t t p 可靠性低有可能造成应用故障，特别是对于管理者来说，采 用浏览器方式进行系统的维护是非常不安全与不方便的。 ( 4 )w e b 服务器成为对数据库的唯一的客户端，所有对数据库的连接 都通过该服务器实现。w e b 服务器同时要处理与客户请求以及与 数据库的连接，当访问量大时，服务器端负载过重。 ( 5 )由于业务逻辑和数据访问程序一般由j a v a s c r i p t 、v b s c r i p t 等嵌 入式小程序实现，分散在各个页面里，难以实现共享，给升级和维 护带来了不便。同时由于源代码开放性，使得商业规则很容易暴露， 而商业规则对应用程序来说则是非常重要的。 为克服以上不足，在原有b s 体系结构基础上，采用一种新的体系结 构，如图2 4 所示。 山东大学硕十学位论文 在该种结构体系中，一些需要用w e b 处理的，满足大多数访问者请求的 功能界面( 如信息发布查询界面) 采用b s 结构。后台只需少数人使用的功 能应用( 如数据库管理维护界面) 采用c s 结构。组件位于w e b 应用程序中， 客户端发出h t t p 请求到w e bs e r v e r 。w e bs e r v e r 将请求传送给w e b 应用程 序。w e b 应用程序将数据请求传送给数据库服务器，数据库服务器将数据返 回w e b 应用程序。然后再由w e bs e r v e r 将数据传送给客户端。对于一些实现 起来困难的功能或一些需要丰富的h t m l 页面，通过在页面中嵌入a c t i v e ) 或j a v aa p p l e t 控件来实现。 采用这种结构优点在于：( 1 ) 充分发挥了充分了b s 与c s 体系结构的 优势，弥补了二者不足。充分考虑用户利益，保证浏览查询者方便操作的同 时也使得系统更新简单，维护简单灵活，易于操作。( 2 ) 信息发布采用b ，s 结构，保持了瘦客户端的优点。装入客户机的软件可以采用统一的1 f 浏 览器。而且由于w w w 浏览器和网络综合服务器都是基于工业标准，可以在 所有的平台上工作。( 3 ) 数据库端采用c s 结构，通过o d b c j d b c 连接。 这一部分只涉及到系统维护、数据更新等，不存在完全采用c s 结构带来的 客户端维护工作量大等缺点。并且在客户端可以构造非常复杂的应用，界面 友好灵活，易于操作能解决许多b s 存在的固有的缺点。( 4 ) 对于原有基 于c s 体系结构的应用，可以非常容易地升级到这种体系结构，只需开发用 于发布的w w w 界面，可以保留原有的c i s 结构的某些子系统，充分地利用 现有系统的资源。使得现有系统或资源无需大的改造即可以连接使用，保护 了用户以往的投资( 5 ) 通过在浏览器中嵌入a c t i v e x 或j a v aa p p l e t 控件可 以实现在浏览器中不能实现或实现起来比较困难的功能。比如通过浏览器进 行报表的应答。另外，在客户端a c t i v e ) ( 控件的加盟，可以丰富h t m l 页面， 产生另人惊奇的效果。( 6 ) 将服务器端划分为w e b 服务器和w e b 应用程序 两部分。w e b 应用程序采用组件技术实现三层体系结中的商业逻辑部分，达 4 山东大学硕士学位论文 到封装源代码，保护知识产权的目的。i n t e r n e t 应用程序大部分属于分布式 应用程序，采用组件技术一个重要特点就是它的处理能力能够随着用户数量、 数据量所需性能的提高而增加，例如c o m 的无逢扩展集c o m + ，有着如内 存数据库、负载平衡等强大的功能。 山东大学硕士学位论文 第三章组件理论与技术 长期以来，面向对象程序设计方法是解决传统软件开发问题最好方案。面向 对象编程技术让开发者按照现实世界里人们思考问题的模式编写，面向对象编程 语言让开发者更好地利用代码直接表达现实中存在的对象。从面向对象语言到面 向对象设计的方法，面向对象的思想已经渗入到计算机软件科学的各个领域。 面向对象编程得到大规模普及，是因为它允许开发者可以在完全不同的工程 之间共享代码，所以重用性是面向对象方法的重要特性。不仅如此，重用性也是 软件产业发展的重要基础。提供什么样的重用机制或在哪个层次上提供重用，对 于软件发展有不同的意义。因此我们可以把重用性作为衡量程序设计方法的一个 重要指标。 面向对象编程的软件重用仅限于程序源代码级别的重用，各种程序库的应用 就是代码重用的成功实践。但是这仅仅是较低层次的重用，真正的代码重用意味 着代码必须用以足够通用的方式为重建更大型的代码而编写，而且还能够按照代 码的工作方式得到定制。面向对象方法的重用还存在另一个问题，它一般要求对 象程序和使用对象的客户程序使用同样的编程语言。比如，如果某个类库是用 c + + 编写的，那么用其它语言编写的应用程序基本上不可能重用代码。同样，j a v a 类就只能在j a v a 程序里使用。 虽然面向对象方法己深入人心，但随着软件科学的不断发展，尤其是近几年 的飞速发展，使软件应用置于更加广阔的环境中，从而对应用软件的跨语言、跨 平台和互操作提出了更高的要求。尽管面向对象编程技术非常强大，然而面对更 加复杂的现代分布式软件应用，它显得有点力不从心，因为它无法使用一个标准 的框架使得来自不同提供商的软件对象可以在同一空间通信，更不用说跨进程地 址空问或者网络进行通信，于是组件化程序设计思想得到了迅速发展。 3 1 组件定义及特征 按照组件化程序设计思想，同样是将单独的、庞大而复杂的应用程序分成多 个模块，但这里每个模块不再是一个简单的代码集，而是一个自给自足的组件 ( c o m p o n e n t ) 。这些组件模块可以运行在同一台机器上，也可以运行在局域网、 山东大学硕士学位论文 广域网甚至i m e r n e t 上的不同机器上。组件已成为软件界的热门话题，但对于究 竟什么特性标识软件组件的基本属性，不同的学者有着不同理解。下面是软件行 业对组件的一些具有代表性的观点。 组件是软件的基本量子。它具有一定的功能，可插用、可维护。 组件是软件开发中一个可替换单元，它封装了设计决策，并作为一 个大单元的部分和其它组件组合起来。 组件是具有特定功能的，能够跨越进程边界，实现网络、语言、应 用程序、开发工具和操作系统的“即插即用”的独立的对象。 组件是指任何可被分离出来，具有标准化的、可重用的公开接口的 软件。 组件是专指可以在二进制级别上进行集成和重用而且可以被独立生 产获得和配置的软件单元。 使用组件开发软件产品具有许多优点，下面列出了几个优点和竞争优势： ( 1 ) 组件易替换：在庞大复杂的企业级应用程序中，如果使用组件技术将 程序分成一个个组件模块，在进行程序修改或版本升级时，就可以只 修改或替换相关的组件，而不影响其他众多的程序组件。 ( 2 ) 适应业务需求更新：在组件软件中，可以将业务规则放在少数几个组 件中。当业务规则发生改变时，只需修改原组件或重建并发布新组件 即可。 ( 3 ) 可实现二进制代码重用：组件之间可以在二进制级别上进行集成和重 用，这样一来只需一次编写代码而多处应用。 ( 4 ) 有助于并行软件开发：一个大应用系统由许多组件组成，这些组件的 实现可以并列进行。只要组件接口设计正确，组件可以同时进行实现， 组件建立之后它们能够顺利配合。 3 2 组件规范和标准 组件标准规定了如何创建和互连软件组件。它显示了一个组件如何向外界展 示自己，而不必关心内部实现。这种强调组件对外接口和交互协议使得组件标准 有别于其他的通信协议。组件标准应保证： 山东大学硕士学位论文 遵守相同规范的组件是可以相互交换的和独立升级的 开发者可以定制组件的外观和行为，以及组件的预定义大小 组件可捆绑组装成一个较大的组件，也可以组装成一个完整的应用程序 这样，组件标准在保证开发者从可重用组件取得预期的效果中发挥关键作 用：提高开发效率、规范统一性、易使用、和快速的投放市场。 组件接口 一个组件通过它的一个或多个公共接口( p u b l i ci n t e r f a c e ) 限制对它的访问 和内部结构访问。如图3 1 所示，一个接口定义了一系列属性、方法和事件，通 过这些，外部实体就可以与组件连接和通信。属性和方法代表一个组件的可调用 a p l ，外部实体使用这些a p i 来访问组件的服务。属性展示了组件的公共属性数 据；方法代表组件的行为。事件指定了组件对外部刺激或内部条件( 如属性值改 变) 的响应。组件接口指定了事件的重要性，当条件发生，就将产生事件。并不 需要知道和关心事件是怎样被消化以及消化者( c o n s 岫c r ) 是谁。消化实体负责注 册事件和提供事件并发的处理。接口的这种出版和订购模型( p u b l i c - a n d 。s u b s c r i b l e m o d e l ) 使得通信通道能动态的建立。 接口句柄 一 组 困耻 件 组件厍( r e p o s i t o r y ) 组件库是一个提供组件库存的管理系统。可用组件根据组件特征描述在组件 库中分类，这种组件库的方式有助于开发入员挖掘自己应用程序需要的组件。然 而组件库的分类和描述离不开组件接口标准的建立。关于组件库的结构、描述和 管理等还有许多需要完善的，而且从组件库僻e p o s i t o r y ) 中提取组件的技术还不 是很成熟的。o m g 正在制定组件库规范，它的核心可能是当前占统治地位的 m i c r o s o f t 组件库规范。 山东大学硕士学位论文 容器( c o n t a i n e r ) 组件运行和操作是在一个容器中的。容器提供了组件和其他组件之间交互的 一个共享上下文联系( as h a r e dc o n t e x t ) 。同时容器为嵌入组件中的组件提供对系 统级服务访问的途径。容器也可以是一个组件，容器可以存于别的容器中，如工 具栏放于程序窗口。基于事件的协议通常可用于在组件和容器之间建