基于J2EE 考试系统的设计与实现.pdf

第 2 8 卷 VO 1 28 第 4 期 N O 4 计算机工程与设计 Co mp u t e r E n g i n e e ri n g a n d De s i g n 2 10 7 年 2 月 Fe b 2 0 0 7 基于 J 2 E E考试系统的设计与实现 刘 阳 曹宝香 曲阜师范大学 计算机科学学院 山东 曲阜 2 7 3 1 6 5 摘要 在分析 J 2 E E架构和系统功能的基础上 围绕高效 复用和安全等特性 研究了访 问数据库技术的优化 E J B和 J a v a B e a n的设计策略 S t r u t s 调用E J B的全过程及J u n i t 测试技术 并提出用回压技术 二项分布 正则表达式 实时监控等来解决 考试系统关键环节的方案 论述了考试 系统的一种优秀设计思想和实现方法 充分体现了J a v a 2企业版分布式计算平台的 优 越 性 关键词 J a v a 2企业版 模型 视图 控制器模式 会话 门面模式 正则表达式 二项分布 在线考试 中图法分类号 T P 3 l 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 7 0 2 4 2 0 0 7 0 4 0 9 9 0 04 De s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n o f e x a m s y s t e m b a s e d o n J 2 EE LI U Ya n g CAO Ba o x i a n g C o l l e g e o f C o mp u t e r S c i e n c e Q u f u N o r m a l U n i v e r s i t y Q u f u 2 7 3 1 6 5 C h i n a Ab s t r a c t On t h e f o u n d a t i o n o f a n a l y z i n g s y s t e m f u n c t i o n and J 2 EE c o n s t r u c t i o n a r o und t h e c h a r a c t e ris ti c o f h i g h e ffic i e n c y r e u s e an d s a f e t y thep e r f o r man c eo p t i m i z a t i o no f da t a b a s e a c c e s s thed e s i g np a t t e rn s o f EJ B an dJ a v a Be a n thewh o l ep r o c e s s o f s t r u t s t r a n s f c r r i n g E J B an d the t e s t t e c h n i q u e o f J u n i t are s t u d i e d an d u s ing p u s h b a c k t e c hn i q u e b ino mi a l d i s t r i b u ti o n Re g u l ar Ex p r e s s i o n an d c o n t r o l inr e alt i met o s o l v ethe k e yp r o b l e m o f thee x a m s y s t e m i sp u t f o r ward theb e s t d e s i gn tho u g hand r e a l i z a ti o nme tho do f thee x a n l s y s t e m are d i s c u s s e d Th e a d v an tag e o f J 2 E E dis t r i b u t e d c o mp u te p l a t f o rm i s s h o wn a d e q u a tel y Ke y wo r d s J 2 E E MVC p a t t e r n s e s s i o n f a c a d e p a t t e r n r e g u l ar e x p r e s s i o n s b ino mi al dis t r i b u ti o n o ine tes t 0 引 言 在 线考试是 I n t e rac t 的一个 重要应用 也 是教 育信息化 的 一 个重组成 部分 安全 可 靠 高效 通用 复 用是判断其解 决 方案好坏 的重要标准 J 2 E E J a v a 2 e n te r p r i se e d i t i o n 现 改为 J E E 是S U N公司把企业用户 厂商及技术专家聚集到J C P J a v a c o mmuni t y p r o c e s s 开发 的企业级 J a v a A P I 标准 是一 种利用 J a v a 2平台来简化企业解决方案 的开发 部署和管理等复杂 问 题 的体系结构 其不仅巩 固了标准版 中的许多优点 如 Wr i te O n c e R un An y wh e 的特性 方便存 取数据库 的 J DB C A P I 以 及能够 在I n t e me t 应用 中保护 数据 的安 全模 式等 同时还提 供 了对 E J B E n t e r p ri s e J a v a B e a n s S e r v l e t J S P J a v a ser v e r p a g e s 以 及 X ML技术的全面支持 同 N E T相 比它具有高效的开发 支 持异构环境 可伸缩性 稳定 的可用 性 支持厂 商多等诸多 优 点 本文 在 J 2 E E平台上 引入优 秀的 We b框架 S t r u ts和测试 框架 J U n i t 给 出一考试系统 的优秀 的设 计与实现方案 1 系统整体架构和功能模块 1 1 整体架构和相关技术 1 4 层架构 客户层 We b 层 E J B层 数据层 如 图l 所示 2 B S b r o ws c r s e r v e r 和 C S c l i e n t s e r v e r 结构相结合 C S结构 数据 的储存管理功 能较为透 明 应 用服务器运行 数据 负荷较 轻 但远 程数据管理 存在不足 需数据库服 务器 的支 持 高昂的维护成 本且投资大 B S结构 是近 几年伴随 I n t e me t 迅 速发展起来 的一种技术 与 C S结构相 比具有 很多优点 数 据一致性强 实时性高 维护和升级方式简 单 成本低 应用范 围广 但 应用服 务器 运行数据 负荷 较重 因此 本文采用二者 结合 的方 式 利用各 自的优势 克服对方 的缺 点 前 台采用 B S结构 后 台采用 C S结构 1 2 功能简介 1 2 1 B S结 构 部 分 1 组卷模块 将试题 分成客观题 选择题 判断题 部分和 主观题 如论述题 部 分 按组卷策略在服 务器端动态 生成试卷 并在浏览器端 显示 对于 客观 题将单选试题用 r a dio 多选试题 用 c h e c k b o x实 现 对 于主观题直接 显示 并设置一个适 当大 小 的 T e x t A r e a区域用于考 生答题 将答 案以文件方式 存储 在 服 务器 2 阅卷模 块 对于客观题 以表单提供 参数的形式 通过 G r a d e B e a n 实体 B e an 访问数据库 由系统 自动评 判考生 的答 题情况 并通过 S c o r e B e a n 实体 B e an 根据 s e s s i o n 变量 中存 放 收稿 日期 2 0 0 6 0 1 2 7 E ma i l s u n h e r o ly 1 2 6 c o rn 作者简介 刘阳 1 9 8 1 一 男 山东枣庄人 硕士研究生 研究方向为中间件 网络数据库 曹宝香 1 9 5 5 一 男 山东济宁人 教授 研究 方 向为中间件 网络数据库 CA D 维普资讯 图 1 系统 整体 架构 的考生信 息将其成绩存入数据 库 对于主 观题 在 阅卷页面 由 阅卷人 员选择考 生答案的文件 调 用 R e B e a n J a v a B e a n 读取 评 阅后将成绩输 入表单 的 t e x t 中 然后提 交 存储 主观题成 绩和 阅卷人 员姓 名 3 题库维护模块 实现增加 修改 删除 浏览试题等功能 4 过程控 制模块 控 制考生和 题库管理人 员的状态和信 息 对于 考生 在答 题页 面显示考生答 题所用 时间 并将考生 的当前答题和剩余时间在服务器上保存 以便在意外发生时 考生可继续答题 对于 题库 管理人员 将其操作 的相关信 息存 储于题库 5 成绩发布模块 考试结束后考生即可在线查询客观题 成绩 待阅卷完成后方可查询主观题成绩和总成绩 并可以查 询 其相应试卷 的作案 1 2 2 C S结构部分 1 用户管理模块 包括考生信息 题库管理人员信息和阅 卷 人员信息管理 分别实现其增加 修 改 删除 浏览及授权用 户等功能 2 成绩管理模块 根据试题难度对成绩进行统一处理 如 查询 排序 处理 分析 等 3 统 计模块 包括考 生统计 阅卷人 员统计 题库管 理人 员统计等 功能 2 关键 问题的解决方案 2 1 访问数据库的优化 由于业 务逻辑在服 务器端处 理 J a v a 的运行速度 已不成 问题 与数据库相 关的操作是整 个系统运行的瓶颈 它的执行 效 率制 约着整个 系统的效率 采用 以下方法 对其优化 2 1 1 连接池获取数据库连接 在执 行与数据 库相 关的操 作中 连接数据 库的过程是一 个开销大且耗时的操作 特别是有大量用户通过短的无连接 操作来访问数据库时 如果出现程序异常而导致某些连接未 能关闭 将导致数据库系统 中的内存泄露 将不得不重 启数据 库 为此 J D B C 2 0提出了J D B C连接池技术 J DB C 3 0又进行 了扩展 其原理是 系统在内存中维持一个连接缓冲池 将数 据库 连 接作 为 对象 存 储 在一个 V e c t o r 对象 中 在 E J B 中建立 好 的 数据 库 连接使用 的是逻辑断开 而 实 际的物 理 连 接被 存 储在池 中并加 以维护 当 下一 个用户访 问时 直接 从 连 接缓 冲池 中取得 一 个数据库连接 而不需重 新连 接 数据 库 We b L o g i c 8 1 提供 手动配置 数据 库连接 2 1 2 Da t a S o u r c e 获 取 数 据源 避免用 D r i v e r Ma n a g e r 获取数据源 因为 D r i v e r Ma n a g e r 是一 个同步执行 的类 在给定时 间内 只 有一个线 程在运行 效 率不高 而使用 Da t a S o u r c e 对象表示物 理数据源 的连接 工厂 其主要语句 如下 C o n t e x t c t x n e wI n i t i a l C o n te x t O 创建 J N DI 对象 的搜索器 D a t a S o e d s D a t a S o u r c e c t x 1 o o kup E x a mD a t a S o u c e 使用 l o o k u p方法寻 找数据源 将这部分代码放入实体B e a n的s o E n t i t y Co n te x t 中 这样 此方法便会只 调用一次 2 1 3 宏语句实现动态查询 在操纵数据库 时 使用 P r e p a r e x l S t a te me n t 它 向数据 库传 递的是 P r e p a r e d S t a t e me n t不带参数的语句 这样的形式被缓 冲 当使用 该语句时 数据被传递 给它 语句得到执行 通常 情况下 语句在准备 的时候即被编译 这样能很好地提升数据 缓冲命中率 最小化语句编译量 当有新的S Q L语句发来时 它将 新语句与缓存 中的语句进行 比较 然后 再决定是否用缓 存 中编译 的结果 能够缓存一个 S Q L语句和它 的编译 结果 以 提 高执行速度 2 2 E J B和 J a v a B e a n 的设计策略 E J B和 J a v a B e an 的创建 与调用是整个 系统设计与实现 的 关键之所 在 二者都是执行其 特定任务 的对 象或组件 从 当 前所驻留服务器或服务器 的容器 上获得 其它特 性的能力 E J B 是一个用来创 建分布式 服务器端 以及基于 J a v a 企业级应 用 程序的功能强大的组件 有 R MI 协议允许对其进行远程访问 或在特定服务器上安装或部署它们 有一系列机制允许将服 务安全性 事务行为 并发性 由多个客户机同时访问的能力 和持久性 其状态可 以保存很久 授权给E J B所在 的容 器上 定 义 E J B需 定义其接 口和一个 B e an 主类 调用 E J B需用相应 的 本地或远程接口 E J B分为3种 实体 B e an 会话 B e an 消息驱 动 B e a n 本文所 用到的是实体 B e an 和会话 B e a n 而 J a v a B e an 在其类 内部有接 口和 相关 的属 性 定义它就是定 义 个 J a v a 类 调用它只用 标记用来创建其实例 本文对其 分工如下 2 2 1 实体 B e a n的 设 计 实体 B e an 代 表持久状态 的 J a v a 对象 用于 持久化数据 9 9 1 维普资讯 包含核心商 务数据 实现 E n t i t y B e a n 接 口 一个 实体 B e a n操 作数据库 中的一个实体 即数据 库中的一个表 封装 与数据库 相关 的操作 用于提 供数据库 中的数据记录在 E J B服务器 中 的对象类 型视 图 按实体 B e an 的生命期 管理方式 将其 分为 B e an 管理持久性 b e a n mana g e d p e r s i s t e n c e B MP 和容器管理持 久性 c o n t a i n e r mana g e d p e rs i s t e n c e C MP 在 B MP实 体中 需 要编 写数据库访 问代码 用 于修改 插入 删除和查询数 据库 中的实体 B e an 数据 其优 点是可 以完全 灵活的处理 实体B e an 的持久性数据 而 C MP实体 B e an 有 一组容器管 理的字段 这 些 字段存 储在数据库 并可从 中加载 通常每个 容器管理的字 段都 对应于关系数据库 中的一个列 考 虑到系统的可移植性 使应用程序和服 务器独立 本文采用 B MP类型 需设计考生 实体 B e an 阅卷人 员实体 B e an 题库 管理员实体 B e a n 在 J B u i l d e r 中 用 E J B Mo d u l e 通过 相应设置可 自动生成 B e an 的 本地接 口 远程接 口 H o me 接 口 本地 Ho me 接 口和 B e an 主类 的常用方法 然后需在方法e j b C r e a t e 中实现插入数据的操作 在方 法 e j b F i n d B y P r i ma r y K e y 中实 现根据 主键 查找用 户 的操 作 在方 法 e j b L o a d中实现加载 数据 数据库 中的数据到实 体 B e a n的操作 在 方法 e j b S t o r e中实现更新数 据的操作 在方 法 e j b R e mo v e中实现删 除数 据的操作 还应 实现一些 商务 方法 2 2 2 会话Be a n的设计 会话 B e an 模拟 的是一过程或工作 流程 实现 S e s s i o n B e an 接 口 定义它也 需定义本地接 口 远程接 口 Ho me 接 口 本 地 Ho me 接 口和一个 B e an 主类 会 话 B e an 分为状态会话 B e an 和无状态会话 B e an 状态会话 B e an 资源开销大 无状 态会话 B e an 作 为客户端调用方 式 不 保存用户状态 可支持 大量用 户访 问 由于上述 实体 B e an 使用 很多远程接 口 若通 过网络 直接访 问实体B e an代价 非常之高 且 降低 了实体B e a n 组件 的 复用特性 还需记住很多J N D1 名字 不方便使用 为此采用 S e s s i o n F a c a d e 模式 S e s s i o n F a c a d e 模式是J 2 E E门面设计模 式的一种 即用 无状态会 话 B e an 通过本地接 口调 用 已经存在 的实体 B e a n实例 而 不是直接操 纵实体 B e an 外 部用户永远 不会看 到实体 B e an 而 实体 B e an 运 行类似于会话 B e an 执行 持久 化 其调用过程 是 会话 B e an 通过 J N DI 查找 实体 B e an 的H o me 对 象 调用 H o me 对象 的c r e a te方法 调用 实体 E J B对 象 的商务方法 调用 实体E J B对象 的r e mo v e 方法 若用 户需求 有所 变化可只需 改变 会话 B e an 的商务方法 使 会话B e a n的网 络性 能优化作用 充分发挥 2 2 3 J a v a B e an 的设计 1 S t r B e an用 于处理乱码 问题 由于 J a v a内部 的字符 是采 用的 1 6 B i t t m i c o d e J a v a会将每个 b y t e 转成 u n i c o d e来表示 这 样 一个 GB 2 3 1 2的中文 文字变成两个 u n i c o d e 字符 所 以必须 对含 有汉字 字符 的信息进行转 换处理 其 主要语句为 b y t e c 口 s g e t B y t e s I S O 8 8 5 9 1 S fl e w s n i n g c r e t u m s h 这个转 化过程 需捕获异常 即用 t r y c a t c h结构 2 R e B e an 和Wr B e an用于封装与读写文件相关的操作 实现主观题 部分的答题和 阅卷 创 建类 F i l e R e a d e r P u s h B a c k R e a d e r S t r i n g B u ff e r 等类 的对象 使用 回压技术 根据回压条件 读取文件 这样可 以对 一些特殊字 符或考试规定 的字符进行 专 门处理 回压 技术 的核 心思想是 利用类 P u s h B a c k R e a d e r 一 99 2一 创建的对象读取 字符 监 视读出的信息 当读 出一个不需要的 信息时 可 以不处理 该信 息而将需要 的信 息回压 然 后再读出 回压的信息 本文 以考 试试题 为 J S P程 序设计为例 则可用 如下语句 实现回压 i f c h a r e q u a l s 分别将 G T回压 但读取并输出它们 间的字符字节 e l s e i f c h ar e q u a l s n 输 出 e l s e 输 出字符字节 2 3 S t r u t s实现 MVC模式 MV C Mo d e 1 V i e w C o n t o r l l e r 模式减弱了业务逻辑接口和 数据接 口之 间的耦合 以及让视 图层更富 于变化 其调用 E J B 或 J a v a B e a n的过程如 图 2所示 图 2 S t r u t s调 用 Be an 的过 程 1 视 图 S t r u t s 提供 丰富的 J S P标签 库 H t ml B e a n L o g i c T e mp l a te等 这 有利于分 开表现业务逻辑 和程序逻辑 主 要 由 J S P页面 完成视 图 如考 生答题页面 阅卷人员阅卷 页面 2 模型 模型 以一个 或多个 B e a n的形 式存 在 这些 B e a n 分 为 3类 A c t i o n F o r m Ac t i o n J a v a B e an o r F 3 B Ac t i o n F o r m通 常称之 为F o r mB e an 封 装了来 自于页面的用户请求信息 如表 单信 息 A c t i o n通常称之 为 Ac t i o n B e a n 获取从 Ac t i o n S e v l e t 传 来 的F o r m B e an 取 出F o r m B e a n 中的相关信息 并通过调用 J a v a B e an 或 E J B做 出相 关的处理 3 控制和流程 用户通过 J S P H n 页面一般 以Ac t i o n d o 请 求服务 这 时Ae t i o n S e v l e t 根据 S t r u t s c o n fi g x ml 中的 信息查 找映射 找 到后 A c ti o n d o 调用 非状态会话 B e an 处理表单 P r o per t i e s p r o p e r t i e s n e w P r o p e r t i e s 0 连接 We b L o g i c 服务 器 的属性类 p r o p e r t i e s p u t C o n t e x t I N I T I A L C O N T E XT F A C T OR Y w e b l o g i c j n d i WL I n i t i a l C o n te x t F a c t o r y p r o p e rt i e s p u t C o n t e x t P R OV I DE R U R L t 3 l o c a l h o s t 7 0 0 1 设置访 问服务 器的参数 C o n te x t c t x n e w I n i ti a l C o n tex t p r o per t i e s 创建 J NDI 对象 的搜 索器 O b j e c t e x a mJ ND I c t x 1 o o k u p E x a m 查找 H o me J N DI n a n a e 为 E x am 的会 话 E J B E x a mHo me h o me E x a m Ho me P o r t a b l e R e mo t e Ob j ect n ar r o w e x a mJ ND I E x a mH o me c l a s s 维普资讯 E x a m e x a m E x a m P o r t a b l e R e mo t e O b j ect n R IT O W h o me c r e a t e E x a m c l a s s 取得 Ho me 接 口和 远程接 口 通 过 e x a m调用非状态 会话 B e a n主类 的方法 进 而再调 用实体 B e an 2 4 组卷策略 2 4 1 抽取试题的难度分布的数学模型 由于随机抽 出的试题 出现的概率不依赖于 其它的抽题结 果 对于 一道试题而 言只有两种可 能 即被抽 出或不被抽 出 并 具有 随机性 所 以采 用离散型 随机变量 的二项分布 函数 B n p 建立随机选 题的数学模型 k q 其 中 n为整数 是最高难度 k为难度 级别 k 0 1 2 n 由二项分布 的均值Q n p 可得 p Q n Q即试 卷 的平均 难度 q l p k 表 示难度级 别 为 k的概 率 即难度级 别为 k的题 目数在总题 目数 中所 占 的比例 给 出考试 试卷 的平 均难度 Q和 题 目总数 N 即可分 配难度为 k的题 目的数 量为 k N 2 4 2 按章节 分题型随机组卷 在前文确 定的难度 分布范 围内 用类 R a n d o m的方法 n e x t G a u s s i a n 和类 Ma t h的方 法 a b s r o u n d 可从题库 中按章节 分 题 型地随机抽 取服从正态 分布 的试题题 号 并判断不能有重 复 将 这些数字存入一 向量中 据向量中 的数字按题 号抽 取相 应试题 2 5 系统 的安全性 2 5 1 用 正则 表 达 式 认 证用 户 用方法 s e s s i o n i s N e w控 制用户访 问其它页面 必先通过合 法性认证 此认证过 程通常 以 S Q L语句访 问数据库来完成 若对表单提 交的用户 名和密码直接 判断 这 样非法用户可 利 用S Q L语言 的语法 规则来构造虚假 的用户名和密码骗 过认证 过程 本 文引入 正则表达式 先对 表单提 交的用户名和 密码做 进一步 的处理后再验 证 声 明一个检 验方法 p ri v a t e b o o l e a n r e g e x S t r in g s t r j a v a u t i l r e g e x P a t t e r n p n u l l 声 明正则表达式 j a v a u t i l r e g e x Ma t c h e r s n u l l 声 明要操 作的字符 串 b oo l e an r e s ul t t r u e 仃 y p j a v a u t i l r e g e x P a t t e rn c o mp i l e 0 9 A Z a z 可按 需规 定要 检验 的字 符 s p m a t c h e r s t r 匹配校 验 i f s fi n d r e s u l t f a l s e c a t c h E x c e p t i o n e x S y s t e m o u t p r i n t l n e x r e t u r n r e s ul t 2 5 2 实时监控 用类j a v a x s w i n g J O p t i o n P ane 中的方法s h o wMe s s a g e D i a l o g 和 s h o w C o n fi r mD i a l o g 在 服务器端对考 生开始答题 和离开考 场 阅卷人 员开始 阅卷和 阅卷 完毕 题 库管理员对题库 的管理 进 行状态跟踪进 而实时地 监控 其 中监控考生 开始答题 的对 话 框如 图 3 所 示 2 6 系统的测试 和部署 2 6 1 测 试 主要是对 E J B的测试 由于 其运 行在服 务器端 使用类似 图 3 监控考生状态 于客户 端 的程序逐 行测试有些笨 拙和复杂 在此我们使用 开 源项 目J u n i t 框架进行 E J B测试 J Un i t 技 术是 由E ri c h G a m ma 和 K e n t B e c k 共 同创 建 它可 以使测试成 为一个独立运 行的程 序 方便地通过 代码输入各种变 量 观 察程序 的返 回结果 进 而发现 和改正程序 的错误和不足 达到 正确 和高效地完成 与 数据 持久化相关 的操 作 若E J B无误 服务器返 回 S u c c e e d e d 和 E x e c u t i o n t i me 的相关信 息 前者 判断 E J B编码 正确与否 后者判断其 是否高效 2 6 2部署 包括 We b应用程序 的部署和 E J B的部 署 有两种 热部 署 方 式一是在 We b