（计算机应用技术专业论文）智能大厦的分布式数据库应用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 智能大厦是信息化社会的产物，是当代高科技与现代建筑艺术的巧妙集成。 智能大厦的办公自动化系统( 0 a s ) 是智能大厦的重要组成部分，也是计算机应 用研究的重要领域之一。它通过构建一个开放性的办公环境，克服了传统办公 系统的缺点，建立了一个协作化平台，为企业提供了先进的电子商务解决方案。 作为一个典型的分布式计算机系统，智能大厦0 a s 中的分布式数据库应用 是系统研究的关键问题之一。本文的主要目标就是针对智能大厦0 a s 的实际需 求，设计一个能够有效的支持分布式办公协作、可维护性强和可靠性较高的分 布式数据库系统，满足智能大厦的实际应用需要。 本文首先从分析分布式数据库要求着手，讨论了分布式数据库的一些基本 原理，如模式结构、管理系统和体系结构等。然后根据智能大厦o a s 的需求分 析，对系统的模块进行了划分，并结合m v c 模式完成了对系统总体结构的设计。 系统的实现采用了基于j 2 e e 的s t r u t s 框架，以便有效的将用户界面与业务逻辑 分离，从而提高应用程序的柔韧性，便于维护升级。在此基础上，本文结合了 分布式数据库设计的基本原理，利用o r a c l e 数据库中对分布式数据库的支持组 件和实现机制，设计并实现了一个智能大厦o a s 的分布式的数据库系统。该系 统通过创建并使用用户、角色、数据库链接、视图、同义词、曰志、快照等组 件和对象，并通过利用存储过程和触发器来实现对系统的完整性约束和访问控 制，基本实现了分布式的同构o r a c l e 数据库之间数据的传输、更新、备份、恢 复等功能。 本文还针对分布式系统设计中的一些关键部分，如系统安全性、完整性约 束、两阶段事务提交、悬而未决事务处理等，进行了有针对性的研究，并设计 出了相应的解决方案。 通过初步的开发和应用，所设计的o r a c l e 分布式数据库系统基本上达到了 理论设计要求。运行结果表明，用o r a c l e 建立智能大厦o a 系统的分布式数据 库方案是切实可行的、并具有良好的应用和发展前景。 关键字：智能大厦0 a s 、o r a c l e 、分布式数据库、j 2 e e 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ，a st h eo u t c o m eo fi n f o r m a t i o ns o c i e t y , i st h ei n t e g r a t i o no f m o d e mt e c h n o l o g i e sa n dc u r r e n ta r c h i t e c t u r ea r t s t h eo f f i c ea u t o m a t i cs y s t e m ( o a s ) o fi n t e l l i g e n tb u i l d i n g ，t h ek e yp a r to fi n t e l l i g e n tb u i l d i n g ，i sa l s oa n i m p o r t a n t r e s e a r c hf i e l do fc o m p u t e r a p p l i c a t i o n b yc r e a t i n g a l l o p e n o f f i c e e n v i r o n m e n t ，i ta v o i d ss o m ed i s a d v a n t a g e so f t h et r a d i t i o n a lo f f i c es y s t e ma n db u i l d s ac o o p e r a t i v ep l a t f o r m ，w h i c ho f f e r st h e e n t e r p r i s e sa d v a n c e ds o l u t i o n sf o rt h e e l e c t r o n i cb u s i n e s s a sat y p i c a ld i s t r i b u t e dc o m p u t e rs y s t e m ，t h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s e a p p l i c a t i o ni n i n t e l l i g e n tb u i l d i n g so a s i so n eo f t h ek e yf i e l d si nt h e r e s e a r c h e s a c c o r d i n g t ot h e r e q u i r e m e n t so fi n t e l l i g e n tb u i l d i n g so a s ，t h em a i n a i mo ft h et h e s i si st od e s i g na d i s t r i b u t e dd a t a b a s e s y s t e mt h a t i sr e l i a b l ea n d e a s yf o rm a i n t e n a n c e ，a n d c a l l e f f e c t i v e l ys u p p o r tt h ed i s t r i b u t e do f f i c ec o o p e r a t i o ns oa s t om e e tt h en e e d so f p r a c t i c a la p p l i c a t i o n s t a r t i n g w i t ht h e a n a l y s i s i n r e q u i r e m e n t s o fd i s t r i b u t e d d a t a b a s e s ，t h ea u t h o r d i s c u s s e ss o m ef u n d a m e n t a lr o l e so fd i s t r i b u t e dd a t a b a s es y s t e m ，s a y , t h em o d e l s t r u c t u r e ，t h ea d m i n i s t r a t i o ns y s t e m ，t h ea r c h i t e c t u r e ，c t e t h e n ，t h em o d u l e so ft h e s y s t e ma r ed i v i d e do n t h eb a s i so f r e q u i r e m e n t sa n a l y s i sa n d t h ea r c h i t e c t u r ed e s i g n o f s y s t e ma c c o r d i n g t ot h em v cm o d e li sc o m p l e t e d t o o t h es t r u t s 右彻eb a s e do n j 2 e ei sa l s oa p p l i e di nt h es y s t e m ，w h i c hc a n e f f e c t i v e l ys e p a r a t e st h eu s e rv i e wa n d t h eb u s i n e s sl o g i cs ot h a tt h ef l e x i b i l i t yo fp r o g r a mc o u l db ei m p r o v e da n dt h e p r o g r a mi t s e l fc o u l db e c o m ee a s i e rf o ru p g r a d e a sw e l l a f t e rt h a t , i n t e g r a t i n gw i t l l t h ef u n d a m e n t a lr u l e so fd i s t r i b u t e dd a t a b a s ed e s i g n ，t h ea u t h o rd e s i g n sa n dr e a l i z e s ad i s t r i b u t e dd a t a b a s es y s t e ma p p l i e di nt h ei n t e l l i g e n tb u i l d i n g so a s t h r o u g ht h e u s a g eo fs o m eg r o u p w a r ea n dm e c h a n i c so f f e r e db yo r a c l e b yc o n s t r u c t i n ga n d u s i n gs o m eg r o u p w a r ea n do b j e c t s ，l i k et h eu s e r s ，t h er o l e s ，t h ed a t a b a s el i n k s ，t h e i l 武汉理工大学硕士学位论文 v i e w s ，t h el o g s ，t h es n a p s h o t s ，a n ds oo n ，a sw e l la su l i t i z i n gt h es t o r a g ep r o c e s sa n d t h et r i g g e rt h a tc a l lg u a r a n t e et h ei n t e g r a l i t yc o n s t r a i n ta n dv i s i tc o n t r o l ，s o m em a i n f u n c t i o n so fad i s t r i b u t e do r a c l ed a t a b a s es y s t e m ，s a y , t h et r a n s m i s s i o n ，t h eu p d a t e ， t h e b a c k u p ，t h er e c o v e r y , e t c ，a r eb a s i c a l l y r e a l i z e d m o r e o v e r , a i m i n ga t s o m ek e yp a r t so ft h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s ed e s i g n ，l i k et h e s y s t e ms e c u r i t y , t h ei n t e g r a l i t yc o n s t r a i n t ，t h et w o - p h a s ea f f a i rs u b m i s s i o n , t h e h a n d l eo f t h eu n s o l v e da f f a i r s ，e t c ，t h ea u t h o rm a k e ss o m ea d d i t i o n a lr e s e a r c h e s a n d s o m ec o r r e s p o n d i n gs c h e d u l e sa r ed e s i g n e da sw e l l t h r o u g ht h ei n i t i a la p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，t h er e a l i z e dd i s t r i b u t e do r a c l e d a t a b a s e s y s t e mb a s i c a l l y m e e t st h er e q u i r e m e n t so ft h e o r e t i c a l d e s i g n , w h i c h i n d i c a t e st h a tt h ep l a no f u s i n go r a c l et oe s t a b l i s had i s t r i b u t e dd a t a b a s es y s t e mo f i n t e l l i g e n tb u i l d i n g s o a si s p r a c t i c a l ，a n d h a sa p r o m i s i n gp r o s p e c t f o rt h e a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tb u i l d i n go a s ，o r a c l e ，d i s t r i b u t e dd a t a b a s e ，j 2 e e 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的、意义 智能大厦是信息化社会的产物，是当代高科技与现代建筑艺术的巧妙集成。 国际上智能建筑物研究机构对智能大厦作出了如下描述：“通过对建筑的4 个基 本要素，即结构、系统、服务和管理以及它们之问的内在联系，以最优化的设 计，提供一个投资合理又拥有高效率的优雅舒适、便利快捷、高度安全的环境 空间。” 1 】我国是世界上最大的发展中国家，经济发展潜力非常巨大。随着社会 信息化的不断发展，社会各方面对通讯和信息的需求必然会越来越多，而智能 建筑本身也是社会信息化的在建筑业的体现。因此智能建筑在国内的发展有着 非常广阔的前景。 智能大厦按需求总体规划可以分成楼字设备自动化系统( b a s ) 、通信自动 化系统( c a s ) 及办公自动化系统( o t i s ) 。1 2 j 其中智能大厦的办公自动化( o f f i c e a u t o m a t i o n ，简称0 a ) 是计算机应用的重要领域之一，近年来发展非常迅速。 将办公自动化系统引入智能大厦，能够使人们借助i n t e m e t 更快地获得更多的多 媒体信息，最大限度地提高办公效率和改进办公质量，缩短办公周期，提高管 理和决策的科学水平；可方便地将企业和静态信息、公司公告、文件处理归档、 电子邮件、任务与工作计划等各种数据整合到一起，提供强大的办公事务处理 与即时沟通的企业跨部门、跨地域运作的基础信息系统。 智能大厦o a 系统是一个典型的分布式计算机系统，由多台分散的p c 机连 成网络。系统中各智能单元既相互协同又高度自治，能在全系统范围内实现资 源管理，动态地进行任务分配或功能分配。它强调资源、任务、功能和控制的 全面分布。就资源分布而言，既包括智能分站、输入输出设备、通信接口、后 备存储器等硬件设备，又包括进程、文件、目录、表、数据库等软件资源。该 系统的工作方式也是分布式的，其中各智能单元之间可根据两种原则进行分工： 一种是把任务分解成多个可并行执行的子系统，分散给各智能单元协同完成； 另一种是把系统的总功能划分成若干子功能，分配给各智能单元分别承担。无 论哪种分布，各智能单元都能较均等地分担控制功能，独立地发挥自身的控制 作用，但它们又能相互配合，在彼此通信协调的基础上实现系统的集成管理a 武汉理工大学硕士学位论文 既然智能大厦o a 系统是一个分布式的操作系统，那么其中就必然涉及到分 布式数据库的设计。分布式数据库是一个数据集合，数据在逻辑上属于同一个 系统，但实际上又分散在计算机网络系统若干站点上。它具有数据的分布性和 数据库间的协调性两大特点。系统强调结点的自治性而不强调系统的集中控制， 且系统应保持数据的分布透明性，使应用程序编写时可完全不考虑数据的分布 情况。无疑分布式是计算机应用的发展方向，也是数据库技术应用的实际需求， 其技术基础除计算机硬、软件技术支持外，还包括计算机通信与网络技术等。 分布式数据库系统使得系统内的所有数据库形成单一的逻辑数据库，应用程序 对此单一逻辑的数据库中数据的任一请求都被自动分解、自动寻址、自动转换 为相应的网络请求，并在相应站点上实现相应的操作。原来单一数据库应用不 需要修改就可以扩展为分布式数据库应用，提高了原应用的处理能力和数据吞 吐量。 1 2 分布式数据库技术发展现状分析 分布式数据库系统的研究始于2 0 世纪7 0 年代中期，随着集中式的关系型 数据库系统研究的成熟和包括美国的a r p a n e t 、欧洲各国的x 2 5 网等计算机 网络的逐步推向应用，分布式数据库系统逐渐成为研究的方向。而随着社会的 发展，各种国际性公司，跨国公司纷纷出现，这类企业往往在地域上比较分散， 而在管理上，既要求各部门具有独立的分散管理的能力，同时，又要在整个企 业内实现对所有部门的全局控制和统一管理。随着这种需求的不断扩大和要求 的不断提高，人们越来越认识到集中式数据库的局限性，而分布式数据库系统 将地理位置上分布于不同地点的数据应用网络连接起来，并应用统一的数据库 管理系统对不同位置的数据进行统一管理，使得数据在逻辑上又是一个整体， 正是这种需求的完美解决方案。在这种情况下，分布式数据库技术逐渐成为了 研究的热点。1 9 进入8 0 年代以后，分布式数据库系统研究发展迅速。各先进国家均不约而 同地紧紧把握分布式数据库系统这个新的发展方向，投下巨资进行研究和开发。 典型的如美国国防部委托美国计算机公司( c c a ) 研制的s d d - 1 系统，美国加 利福尼亚大学伯克利亚分校的分布式i n g r e s 系统，美国i b m 公司的r + 系统， 由中国科学院数学所、上海科技大学、华东师范大学合作研究的c - p o r e l 系 武汉理工大学硕十学位论文 统等。1 4 6 通过这些规模宏大、耗资惊人的研究工作，分布式数据库领域内已经 取得了一系列的成绩。从理论上，d d b m s 的总结性专著已有数部出版。从实 践上，若干原型系统己投入运行或试用。 1 。3 研究方法和技术路线 本课题是针对智能大厦开发一套基于0 r a c l e 的分布式数据库系统，涉及面 广，且结构繁复，为了保证此系统开发的成功率和生产率，采用软件工程学的 生命周期方法学进行开发。此方法分为8 个阶段，分列如下： 1 问题定义。此阶段就是了解问题，知道要解决的问题是什么，明确问题 的性质、工程目标和规模等。 2 可行性研究。此阶段确定上阶段定义的问题有无可行的解决办法。可行 性研究要求比较简短，这个阶段不是具体解决问题，而是研究问题的范围，探 索这个是否有可行的解决办法。 3 需求分析。这个阶段的任务仍然不是具体地解决问题，而是准确地确定 目标系统必须具备哪些功能，也就是确定系统逻辑模型。 4 总体设计。这个阶段要做的关键是确定如何解决这个问题。首先，应该 考虑几种可能的解决方案，确定一个最佳方案。然后设计软件的结构，也就是 确定程序的模块组成以及模块间的关系。 5 详细设计。总体设计阶段以比较抽象概括的方式提出解决问题的办法。 详细设计阶段则是把解法具体化，设计出程序的详细规格说明。 6 编码和单元测试。这个阶段的关键任务是写出正确的容易理解、容易维 护的程序模块。 7 综合测试。此阶段需要完成的是通过各种类型的测试( 及相应的调试) 使软件达到预定的要求。 8 软件维护。这个阶段要通过各种必要的维护活动使系统持久地满足用户 的需要。 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 本文的组织 本文共分七章。 第一章为绪论，介绍了智能大厦办公自动化及其特点，并结合智能大厦办 公自动化系统的需要引入了分布式数据库技术，在对国内外分布式数据库研究 现状进行分析讨论的基础上，最后给出了本文的研究目标和采用的技术路线。 第二章主要是分布式数据库的基本概念，如定义、体系结构、管理模式等， 从总体上对分布式数据库进行了介绍。 第三章结合智能大厦o a 系统的需求对系统的总体设计进行了介绍，包括 设计模式的选取、m v c 设计模式及其在j 2 e e 平台上的实现、以及基于j 2 e e m v c 模式的s t r u t s 框架等。同时，给出了智能大厦o a 系统的模块功能划分和 系统的架构设计。 第四章是在分布式数据库设计的基本原理的基础上分析了系统选择o r a c l e 数据库的原因。同时，讨论了在o r a c l e 系统内实现分布式应用的一些重要组件， 以及o r a c l e 数据库系统对分布式事务处理和应用开发的内在支持机制。 第五章是智能大厦分布式数据库系统的详细设计，给出了如何按照分布式 数据库系统设计的具体要求，结合一些重要的组件来设计并部署一个分布式的 数据库系统的具体步骤及详细代码。另外，还对设计中些重要的技术进行了 介绍，并给出了实现过程。 第六章为系统中几个重要问题的设计。详细阐述了系统中诸如系统安全性、 完整性约束、触发器设计、两阶段事务提交、悬而未决事务处理等关键问题的 具体实现。 第七章为全文的总结和进一步研究的展望。 武汉理：i = 大学硕士学位论文 第2 章分布式数据库 2 1 分布式数据库定义和分类 分布式数据库系统，是指逻辑上属于同一个系统，而物理上又分散在用计 算机网络连接的多个站点上，并由一个分布式数据库管理系统统一管理的一组 数据集。物理上分布是指分布式数据库系统中的数据分布在地理位置分散的不 同站点上，逻辑上集中是指各数据库站点之间在逻辑上是一个整体，并由统一 的数据库管理系统进行管理，同时各站点又具有管理本地数据的能力。【1 4 j 被计 算机网络连接起来的不同逻辑单位称为站点或结点，这些站点分散在不同的地 方。因此，分布式数据库系统既和单一的集中式数据库不同，又与驻留在计算 机网络不同站点上的一组本地数据库不同，它可以看成是计算机网络与数据库 系统的有机结合。 目前对分布式数据库的分类一般是以局部数据库的异同来加以划分。以构 造数据模型( 关系模型，网络模型，层次模型) 相同且d b m s 相同的局部数据库 组成的分布式数据库称为同构的，只要d b m s 不同就称为异构的。 2 2 分布式数据库系统的体系结构 2 2 1 分布式数据库的模式结构 分布式数据库系统是集中式数据库系统在网络环境下的扩展和深入。因此， 分布式数据库系统保持了集中式数据库系统的特色，又比集中式数据库系统复 杂。 分布式数据库的结构尚无统一的标准，现今得到广泛认同的四层模式结构 如图2 - 1 所示：1 4 6 武汉理工火学硕士学位论文 全局外层 全局概念层 局部概念层 局部内层 l 全局外模式ll 全局外模式ll 全局外模式 、l7 全局概念模式( g l o b a lc o n c e o t u a ls c h e m a ) 分片模式( f r a o m e n t a t i o ns c h e m a ) 1 分配模式( a l l 。c a t i 。ns c h e m a l i ，一i 、 i 局部概念模式局部概念模式局部概念模式 lll i 局部内模式 l 局部内模式i 局部内模式f lll 昏部数据亩昏部数据司昏部数据司 图2 - 1 分布式数据库模式结构图 这四层模式划分为全局外层( 全局视图) 、全局概念层、局部概念层和局部 内层，在各层之间还有相应的映射。这种划分不仅适合于同构型分布式数据库 系统，也适合于异构型分布式数据库系统。 1 全局外层 分布式数据库的全局外层如同集中式数据库一样，由多个全局外模式( 也 称为用户视图) 组成，不同的只是它不是从某一个具体场地上的局部数据库中 抽取，而是从一个虚拟的逻辑集合中抽取。对全局用户而言，他们不需要关心 数据分布的实际物理位置，只需要使用他们所需的数据。它们是全局应用的用 户视图，是全局概念模式的子集。 2 全局概念层 全局概念层是分布式数据库的整体抽象，包含了全部数据库特性和逻辑结 构，和集中式数据库中的概念模式一样，是对数据库的全体描述。 分布式数据库全局概念层一般具有三层模式描述信息： ( 1 ) 全局概念模式：定义分布式数据库中数据的整体逻辑结构，通常采用 关系模型。它描述了分布式数据库全局数据的逻辑结构，包含全局概念模式名、 武汉理1 ：大学硕士学位论文 属性名、每种属性的数据类型定义和长度，是分布式数据库的全局概念视图。 ( 2 ) 分片模式。描述全局数据的逻辑划分视图，它是全局数据逻辑结构根 据某种条件的划分而成的局部的逻辑结构。每一个全局关系可以分为若干不相 交的部分，每个部分称为一个片段或是一个分片。由于一个片段只能来自一 令全局关系，而一个全局关系则对应多个片段，所以这一跌像可以看成是一对 多的。 ( 3 ) 分配模式。描述局部逻辑的局部物理结构，是划分后的片段( 或分 片) 的物理分配视图。 片段是全局关系的逻辑部分，它可以分配到网络的不同结点上，其位置由 分布模式定义。通过分布模式的映像类型，我们可以确定分布式数据库是冗余 的还是非冗余的。若映像是一对多的，即一个片段分配到多个结点存放，则是 冗余分布式数据库。若映像是一对一的，则是非冗余的分布式数据库。 全局概念层定义了全局数据的逻辑结构、逻辑分布和物理分布性，但并不 涉及全局数据在每个具体场地上的物理存储细节。 3 局部概念层 局部概念层是由局部概念模式描述，它是全局概念模式的子集，全局概念 模式经逻辑划分后被分配在各局部场地上。在分布式数据库局部场地上，对每 个全局关系有该全局关系的若干个( 或是全部) 逻辑片段的物理片段集合，该 集合是一个全局关系在菜个局部场地上的物理映像，其全部则组成局部概念模 式。根据分布模式提供的信息，一个全局查询分为若干子查询，每一子查询所 要访问的数据来源于局部数据库。由分布模式到各局部数据库的映像把存储在 局部场地的全局关系或全局关系的片段映像为各局部概念模式。局部概念模式 采用局部场地的d b m s 支持的数据库。 4 局部内层 局部内层是分布式数据库中关于物理数据库的描述，相当于集中式数据库 的内层。 总之，分布式数据库四层结构及其模式定义和映射关系，体现了分布式数 据库是一组用网络联结的局部数据库的逻辑结合。它们在地理位置上是分散的， 但是在逻辑上是一个整体。 武汉理。大学硕士学位论文 2 2 2 分布式数据库管理系统 分布式数据库管理系统如同集中式数据库管理系统一样，是对数据库进行 管理和维护的一组软件，是分布式数据库系统的重要组成部分，是用户与分布 式数据库的接口。它能支持四个基本功能：i 4 0 j 1 应用程序的远程数据库操作( 包括查询和更新操作) ： 2 支持分布式数据库系统的完全的或部分的透明性； 3 对分布式数据库( 包括全局数据库和局部数据库) 的管理； 4 控制以及支持分布式事务的并发和恢复； 分布式数据库管理系统主要包括三个部分：全局数据库管理系统 ( g d b m s ) 、局部数据库管理系统( l d b m s ) 、通讯管理程序( c m ) 。 1 全局数据库管理系统( g d b m s ) 全局数据库管理系统负责管理分布式数据库中的全局数据。由于全局数据 的分布性，所以全局数据库管理系统一般具有下面功能。 ( 1 ) 定位 全局数据库管理系统负责定位和查找用户请求的数据。当用户的数据涉及 若干个分片数据时，全局数据库管理系统根据全局数据字典将请求数据转换成 带有局部场地标志的数据，以形成子分布执行计划。 ( 2 ) 策略 全局数据库管理系统的策略包括查询分解及优化策略、多副本同步或异步 更新策略，冲突操作并发控制策略，等等。其具体过程为：当请求涉及多个场 地或多个副本时，全局数据库管理系统先将请求进行分解，决定请求中的哪些 数据在哪些场地上执行，然后根据最优的方案决定一个操作执行序列。 ( 3 ) 链接 全局数据库管理系统起到用户与局部数据库管理系统、用户与通讯管理系 统之间的接1 2 1 作用。全局数据库管理系统通过用户进程处理器接收到全局用户 的请求后，通过查阅数据字典来进行对用户请求的权限的判定及其它有关处理。 ( 4 ) 恢复 全局数据库管理系统应该提供基本的恢复能力以保证一个场地的故障不会 使整个分布式系统瘫痪的能力。当故障场地从网络中隔离后，剩余部分组成的 分布式系统应能正常工作。当故障出现时，正在执行的事务可能处于不同的情 r 武汉理工大学硕士学位论文 况中，系统应对相应情况作出处理，尽量保持事务的执行不受影响，既使被迫 中止时，也应有相应方法使之恢复到故障前的状态。 ( 5 ) 转换 全局数据库管理系统同时还负责全局数据与局部数据之间的各个方面的转 换。其具体的转换有数据模型的转换、数据类型的转换、操作命令的转换、完 整性规则的转换、安全性规则的转换等。 2 局部数据库管理系统 相对于全局数据库管理系统，局部数据库管理系统是分布式数据库系统中 各场地的数据库管理系统。对不同的分布式系统，它的功能有很大的差异。如 果在同构同质的情况下，每个场地的自治性都是很强，那它们的功能将和集中 式数据库管理系统一样，因为这时模式和操作都无需转换，直接可以操作执行。 但如果场地数据库系统与全局系统不一致，则它必须担负起相应的转换并执行 的责任。 3 通讯管理程序 通讯管理程序是保证分布式数据库系统中场地间信息传送部分。无论对于 什么样的通讯网络，它们都遵循网络协议，来保证场地间的通讯服务。 总之，一个分布式数据库管理系统必须对物理上分布存储于用计算机网络 连接的多个场地上的，而逻辑上又是一个整体的分布式数据库进行全面的管理， 使之具有高可靠性、高并行处理性、高可用性和处理代价低、通信成本少、易 升级等集中式数据库系统所不具有的优点。 2 2 3 分布式数据库体系结构 分布式数据库一般都由以下几个部分构成：多台由计算机网络连接的计算 机设备、一组网络通讯设备和软件、分布式数据库管理系统、分布式数据库、 包括全局数据库和局部数据库、分布式数据库管理者、分布式数据库系统软件 文档等。 无论是同构的还是异构分布式数据库系统，它们的体系结构都是相同的， 具体如图2 2 所示：i l w 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 2 分布式数据库体系结构 2 3 分布式数据字典 数据字典即数据库目录。分布式数据库的目录系统存放着用于控制与管理 的所有信息，用以保证系统正确和有效地存取数据，确认用户是否具有适当的 存取权限。主要作用在于： 1 将在不同的透明层次上的用户数据映射成物理数据； 2 为生成存取计划提供可用的数据分配、存取方法和统计信息； 3 用目录信息来确认存取计划的合法性和用户是否具有适当的存取信息： 由于分布式数据库由全局数据库和局部数据库组成，因此分布式数据字典 也包括二部分：全局数据字典和局部数据字典。它们是为分布式数据库系统管 理数据资源而设置，存放有关操作数据的描述及管理的相关信息。在分布式数 武汉理工大学硕士学位论文 据库系统中，需要描述数据的模式定义、属性说明、授权、事务恢复日志，等 等。这些信息需要管理和保存，因而组成了分布式数据库的数据字典系统。该 系统的全局数据字典由全局数据库管理者( g d b a ) 建立并管理，特别是对己参 加分布式数据库的数据又可为场地自治服务的数据，必须使这部分数据在自治 场地使用结束后仍使分布式数据库具有一致性和完整性；另外，当某些数据降 为自治数据或者某些自治数据升为分布式数据的时候，都必须由全局数据库管 理者与局部数据库管理者( l d b a ) 协调，同时改变全局数据字典和局部数据字 典，以保证数据归属的完备性。 数据字典系统的组织有三种方式：【5 2 j 1 独立组织方式。在这种方式下，数据字典系统完全独立于分布式数据库 管理系统，就像一个特殊目的的数据库管理系统一样，只是用它来管理目录数 据而不是管理用户数据。这种方式比较灵活，也易扩充新的数据库系统，但它 必须提供相应的数据库软件包来实现目录数据的各种操作。 2 完全嵌入组织方式。在这种方式下，数据字典系统完全嵌入在数据库管 理系统内部，是数据库管理系统的一个必不可少的部分。系统通过数据字典系 统来存取数据库中的数据。不足之处是它一般不能用来存储其它数据库管理系 统的目录数据，可扩充性和灵活性较差。 3 应用组织方式。这是以上两种方式的折衷方式，数据字典系统在数据库 的控制之下作为一个独立的应用来运行，即利用数据库管理系统来建立和维护 目录信息。但它的用户界面与功能模块均独立于数据库管理系统。 武汉理_ r 大学硕十学位论文 第3 章智能大厦0 a 系统总体设计 3 1 设计模式选取 3 1 1 设计模式概述 在面向对象系统的设计中，可以认为，类及其生成的对象是构成面向对象 系统的最基本元素；采用设计方法组合这些元素，得到构成面向对象系统的构 件，同时，这些构件的设计方法在经过不断的改进和完善后逐渐成型，成为构 成面向对象系统的基本设计参考，也称为设计模式。我们采用设计模式来抽象 和总结系统构件的设计方法，同时将它用于新的系统构件的设计中。使用类和 对象，使我们在元素的层次上实现了重用性，而使用设计模式，则在系统构件 的层次上实现了重用性。设计模式提供了在特定应用场景下解决问题的类、对 象及相互关系的设计方法。这些方法并不针对于具体的系统，只是提供了一种 设计系统的思考方法，一个设计模式可能用于不同的系统，一个系统也可能会 用到多个设计模式。 通常一个设计模式由4 个基本要素组成： 1 模式名称( n a m e ) ：设计模式的名称； 2 问题( p r o b l e m ) ：描述了该设计模式的使用条件； 3 解决方案( s o l u t i o n ) ：详细描述该设计模式的结构、实现、各组件之 间的相互关系及各自的职责和协作方式； 4 结果( c o n s e q u e n c e s ) ：描述该设计模式的应用效果及使用该设计模式 应权衡的问题。 3 1 2m v c 设计模式 由于传统的c s 模式的两层结构在架构上存在诸多缺陷，如占用系统资源， 可靠性较低，客户端配置繁琐，移植性较差，等等，本系统是采用基于b s 的 m v c 模式来开发。 武汉理工大学硕士学位论文 m v c 模式属于结构型设计模式，即将应用类和对象组合获得比较复杂的结 构。m v c 概念创始者为t r y g v er e e n s k a u g 教授。它源于s m a l l t a l k 一8 0 语言， 早期应用在x e r o xp a r c 开发的早期视窗图形系统中，主要负责管理图形用户接 口的关系。【4 i j 后来伴随着软件设计模式的出现和面向对象技术的成熟，并成为 一种典型的面向对象设计模式。 m v c 解决的设计问题是为了简化在很多应用程序中普遍存在的三类主要功 能： 1 在后台存储和远程系统中维护数据； 2 建立最终用户的表示层； 3 维护条件逻辑来决定哪一个屏幕将要显示给用户，错误时会发生什么， 系统如何升级以及升级时会发生什么。 m v c 设计模式把应用程序抽象为m o d e l ( 模型) 、v i e w ( 视图) 、c o n t r o l l e r ( 控制器) 三个功能截然不同的部分，三者既分工又合作地完成用户提交的每 项任务，其基本结构如下图3 - i 所示： 4 3 】 状态查询 修改通知 一封装应用程序的状态 响应对状态的查询 一描述应用程序的功能 一通知v ie w 更新 一对m o d e i 的数据加以修饰 一接收来自m o d e l 的更新请求 一将用户动作传递给c o n t r o l l e l - 一允许c o n t r 0 1 1 e r 选择任一个v i e w 视图选择 一。用户动作 状态修改 c o n t r o l i e r 方法调用 事件 图3 1m v c 结构图 一定义应用程序的行为 一将用户行为映射为m o d e l 更新 一选择耍响应的v i e w 一实现应用程序的某项功能 m o d e l 表示应用程序的业务逻辑，它是应用程序的核心，必须能够满足大 多数客户的需求，包括保证应用程序各组件的事务整合、维护并快速获取应用 武汉理_ _ _ i ：大学硕士学位论文 数据、支持事务工作流的协调以及在已有应用程序中集成新的应用组件等。 m c - d e l 组件具有相当大的弹性，它可以建立编程接口以屏蔽后端或远程系统的 细节，是m v c 模式的主要优势所在。 v i e w 的作用集中在创建向用户显示的表示层，它们应该较少含有业务逻辑 或者复杂的分析。当m o d e l 发生改变时，v i e w 会得到通知，它可以访问模型的 数据，但不能改变这些数据。 c o n t r o l l e r 接受用户请求，把用户数据传给业务逻辑模块，并调用相应的 业务逻辑模块进行处理，最后根据用户所需要的响应调用相应的视图模块生成 结果页面，返回浏览器。它将模型和视图联系在一起。 采用m v c 模式的多层系统结构与两层结构相比，最大的特点是将业务的逻 辑与业务表现分开。从而使程序开发人员能够更加专注于系统的功能设计和逻 辑实现，显著的提高了开发人员的效率，同时也极大的增强了系统的可移植性 和安全性。 严格的多层结构需要提供数据优化操作并在某些情况下，实现服务器业务 规则。与传统的两层结构相比，这虽然己经有了很大的改观，但是还是有很多 不能满足的应用需求。智能大厦办公自动化系统不是简单的文件、行政事务的 处理，其目的是为企业提供先进的电子商务平台，其系统需求是等级和层次更 加简化，更好的可扩展性、更强的生存性、更灵活的应用和管理开放性、更完 善的安全性以及更高的运行效率。这样就引入了j 2 e e 的多层架构。 3 2 在j 2 e e 平台上的g v c 实现 j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ( j 2 e e ) 是s u n 公司在1 9 9 9 年6 月推出的技术规范，现已成为j a v a 构建企业系统的标准平台和环境。它提供了 一个基于组件的方法来设计、开发、装配和部署企业级应用程序。作为平台， j 2 e e 提供了一个多层结构的分布式的应用程序模型，该模型具有重用组件的能 力、基于扩展标记语言( x m l ) 的数据交换、统一的安全模式和灵活的事务控制 机制。1 4 6 】在这个体系结构中，应用开发者的注意力可以集中在封装业务逻辑和 业务规则上，一切与基础结构服务相关的问题以及底层分配问题都由应用程序 容器或者服务器来处理。甚至那些从属于事务、持久化、安全等方面的应用组 件的运行时属性都可以使用高度灵活的声明方法在部署环境中定制( 一般采用 武汉理工大学硕士学位论文 x m lj 。 j 2 e e 模型提供了一个很好的企业应用框架及解决方法，提供了灵活的技术 选择，结合m v c 模式来设计一个基于j 2 e e 技术的w e b 应用的开发平台，它能 够提供大量的抽象度高且功能强大的基础组件框架和丰富灵活的客户化程序和 应变体系，能够简化软件开发，提高软件性能和可维护性，达到提高软件质量 的目的。 3 6 1 其体系结构如图3 2 。 图3 - 2j 2 e e m v c 体系结构 模型一般由j a v a b e a n 或者e t b 来充当，因为它们能够处理绝大部分事务逻 辑和数据结构，还能与数据库或文件系统进行交互，承担维护应用程序数据的 责任；控制器一般是用s e r v l e t 来实现的，因为它负责接收事件、确定合适的 处理程序、调用处理程序并触发合适的响应，并不需要向客户端输出信息；视 图的重心在于页面设计，j s p 很适合编写动态页面，是开发页面模块的最好选 择。 由于m v c 体系有效地实现了表示与数据的分离，能很方便地用多个视图来 显示多套数据，使系统很方便地支持其它新的客户端类型，可以很好地表达用 户的交互和系统模式，因此特别适用于那些多类型用户的、可扩展的、可维护 的、具有很高交互性的系统；同时，可使系统中代码的重复达到最低。 3 3s t r u t s 框架 框架( f r a m e w o r k ) 指软件的架构方式。j 2 e e 体系包括j s p 、s e r v l e t 、e j b 、 w e bs e r v i c e 等多项技术，怎样把这些技术组合起来，形成一个适应项目需要 的稳定架构是项目开发过程中一个非常重要的步骤。s t r u t s 框架就是其一套 武汉理工大学硕士学位论文 j a v a 代码的集合，用来帮助建立坚固的应用程序。从某种意义上说，s t r u t s 是 一种看待事务的方法。它基于j 2 e e 的架构方案，以实用的、可扩展的方式实现 了一种良好的软件设计理念，并很好地利用了s e r v l e t 和j s p 技术。s t r u t s 的 工作原理如图3 3 所示：【5 4 】 图3 - 3s t r u t s 工作原理 用户请求般以 。d o 作为请求服务名，所有的 d o 请求均被指向 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 根据s t r u t s e o n f i g x m l 文件中的配曼信息， 将用户请求封装到指定名称的f o r m b e a n ，并将此f o r m b e a n 传到相应的 a c t i o n b e a n ，由a c t i o n b e a n 完成相应的业务逻辑操作，这就是s t r u t s 的基本 流程。1 5 0 在s t r u t s 中，承担m v c 中c o n t r o l l e r 角色的是a c t i o n s e r v l e t ，它是一 个s e r v l e t ，是个通用的控制组件。这个控制组件处理所有发送到s t r u t s 的h t t p 请求；确认用户输入的数据是有效的；决定哪个m o d e l 组件需要被存