基于三層架構(gòu)模式的成績(jī)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)

張園田

(重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053)

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的大力發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的普及，個(gè)人電腦(PC)已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，這為多媒體教學(xué)軟件的使用和發(fā)展提供了前提條件。而多媒體教學(xué)軟件所具備的生動(dòng)活潑、寓教于樂(lè)、趣味性強(qiáng)等特點(diǎn)，也決定了它深受學(xué)生的喜愛(ài)。另外，多媒體教學(xué)軟件具有強(qiáng)大的的數(shù)據(jù)庫(kù)能力和跟蹤能力，能方便老師和家長(zhǎng)對(duì)孩子的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行跟蹤觀察，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。如今，多媒體教學(xué)軟件已經(jīng)越來(lái)越受到學(xué)生、家長(zhǎng)和老師的歡迎。其中，作為一個(gè)開(kāi)放的多用戶教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)也逐漸成為課堂教學(xué)的重要輔助和補(bǔ)充。

1 三層架構(gòu)概述

在1980年代末，人們就提出了客戶/服務(wù)器(C/S)模式。它的關(guān)鍵在于功能的分布:一部分功能被放在客戶機(jī)上執(zhí)行，另一部分功能則在服務(wù)器上執(zhí)行。而隨著應(yīng)用系統(tǒng)的大型化及基于Internet的應(yīng)用發(fā)展要求的不斷提高，這種模型逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的兩層客戶機(jī)/服務(wù)器模式比較適合于小規(guī)模、用戶較少、單一數(shù)據(jù)庫(kù)且在安全、快速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下(例如局域網(wǎng))運(yùn)行。但是，隨著應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜性越來(lái)越高，尤其在多用戶、多數(shù)據(jù)庫(kù)且不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，兩層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用模型將無(wú)法適應(yīng)。［1］

三層客戶/服務(wù)器模式(以下簡(jiǎn)稱三層模式)在兩層模式的基礎(chǔ)上，增加了新的一級(jí)。它將應(yīng)用功能分成表示層(UI)、功能層(BT)和數(shù)據(jù)層(DA)三部分。其目的是:對(duì)這三層進(jìn)行明確分割，并在邏輯上使其獨(dú)立。原來(lái)的數(shù)據(jù)層作為DBMS已經(jīng)獨(dú)立出來(lái)，所以，關(guān)鍵是要將表示層和功能層分離成各自獨(dú)立的程序，并且還要使這兩層間的接口簡(jiǎn)潔明了。［2］一般情況是只將表示層配置在客戶機(jī)中，也可以把邏輯層也放在客戶機(jī)中，這樣的話，與二層C/S結(jié)構(gòu)相比，其程序的可維護(hù)性要好得多。其體系結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

圖1 三層架構(gòu)體系示意圖

如果將邏輯層和數(shù)據(jù)層分別放在不同的服務(wù)器中，則服務(wù)器和服務(wù)器之間也要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。但是，由于在這種形態(tài)中三層是分別放在各自不同的硬件系統(tǒng)上的，所以靈活性很高，能夠適應(yīng)客戶機(jī)數(shù)目的增加和處理負(fù)荷的變動(dòng)。［3］而系統(tǒng)規(guī)模越大這種形態(tài)的優(yōu)點(diǎn)就越顯著。

值得注意的是:三層C/S結(jié)構(gòu)各層間的通信效率若不高，即使分配給各層的硬件能力很強(qiáng)，其作為整體來(lái)說(shuō)也達(dá)不到所要求的性能。此外，設(shè)計(jì)時(shí)必須慎重考慮三層間的通信方法、通信頻度及數(shù)據(jù)量。這和提高各層的獨(dú)立性一樣是三層C/S結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題。

三層模式的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［4］。(1)具有靈活的硬件系統(tǒng)構(gòu)成。對(duì)于各個(gè)層可以選擇與其處理負(fù)荷和處理特性相適應(yīng)的硬件。這是一個(gè)與系統(tǒng)可縮放性直接相關(guān)的問(wèn)題。(2)提高程序的可維護(hù)性。三層C/S結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用的各層可以并行開(kāi)發(fā)，各層也可以選擇各自最適合的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。(3)利于變更和維護(hù)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。因?yàn)槭前磳臃指罟δ?，所以各個(gè)程序的處理邏輯變得十分簡(jiǎn)單。(4)進(jìn)行嚴(yán)密的安全管理。越關(guān)鍵的應(yīng)用，用戶的識(shí)別和存取權(quán)限設(shè)定越重要。在三層C/S結(jié)構(gòu)中，識(shí)別用戶的機(jī)構(gòu)是按層來(lái)構(gòu)筑的，對(duì)應(yīng)用和數(shù)據(jù)的存取權(quán)限也可以按層進(jìn)行設(shè)定。

2 系統(tǒng)需求分析

成績(jī)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要滿足五種不同角色的操作需求，分別表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)教學(xué)主管負(fù)責(zé)管理班級(jí)、學(xué)生的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練成績(jī)，生成報(bào)表，根據(jù)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)并指導(dǎo)教師工作。(2)教師可以查看、管理所負(fù)責(zé)課程、班級(jí)、小組、學(xué)生的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練成績(jī)，根據(jù)成績(jī)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和訓(xùn)練;學(xué)習(xí)和訓(xùn)練成績(jī)有數(shù)值表格、進(jìn)度條、發(fā)展曲線等顯示形式;成績(jī)包括每個(gè)單獨(dú)訓(xùn)練成績(jī)和若干單獨(dú)訓(xùn)練成績(jī)組成的單元成績(jī)2種形式。(3)組長(zhǎng)可以查看小組和組員成績(jī)。(4)學(xué)生在參加課程學(xué)習(xí)和訓(xùn)練時(shí)會(huì)產(chǎn)生評(píng)價(jià)成績(jī)，學(xué)生可以看到以分值、獎(jiǎng)品、進(jìn)度條等形式顯示的成績(jī);學(xué)生可以在學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過(guò)程中看到即時(shí)成績(jī)、單元訓(xùn)練成績(jī)。(5)家長(zhǎng)根據(jù)權(quán)限可以按時(shí)查看學(xué)生的成績(jī)統(tǒng)計(jì)表格和獎(jiǎng)品。

將五種用戶的需求匯總，可以看出，總計(jì)有兩種數(shù)據(jù)輸入模塊，負(fù)責(zé)將學(xué)生訓(xùn)練時(shí)產(chǎn)生的單項(xiàng)成績(jī)和單元成績(jī)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。四種數(shù)據(jù)輸出界面，分別負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出課程內(nèi)容、單項(xiàng)成績(jī)、單元成績(jī)和成績(jī)排名予以顯示。

3 成績(jī)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)總體硬件架構(gòu)由學(xué)生機(jī)、邏輯服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三部分組成。其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

3.1 學(xué)生機(jī)

這是本系統(tǒng)中所擁有最多的計(jì)算機(jī)，從理論上來(lái)說(shuō)，這類機(jī)器的最大數(shù)量并無(wú)限制;從實(shí)際上來(lái)講，學(xué)生機(jī)同時(shí)登陸的數(shù)量只要不超過(guò)系統(tǒng)最大負(fù)載能力就可以同時(shí)運(yùn)行。學(xué)生機(jī)上主要運(yùn)行三層架構(gòu)的UI層。該層包括了客戶端，但不包括業(yè)務(wù)邏輯處理部分和數(shù)據(jù)庫(kù)部分。當(dāng)需要調(diào)用下層功能時(shí)，學(xué)生機(jī)的客戶端通過(guò)UI接口向下層業(yè)務(wù)發(fā)出請(qǐng)求，并在收到響應(yīng)后在UI上顯示出來(lái)。從功能上來(lái)說(shuō)，學(xué)生機(jī)及其上所運(yùn)行的UI層需實(shí)現(xiàn)以下功能:(1)運(yùn)行客戶端程序;(2)提供優(yōu)秀的圖形UI界面以吸引用戶;(3)允許用戶進(jìn)行登陸、注冊(cè)、查看和訓(xùn)練等業(yè)務(wù);(4)對(duì)用戶提交的請(qǐng)求做出響應(yīng)，并把業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)請(qǐng)求向下層提交;(5)接收來(lái)自業(yè)務(wù)邏輯層返回的指令或數(shù)據(jù);(6)將下層內(nèi)容重組，顯示在UI界面上。

圖2 機(jī)房管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

總的來(lái)說(shuō)，學(xué)生機(jī)充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的終端角色。

3.2 邏輯服務(wù)器

這種計(jì)算機(jī)充當(dāng)服務(wù)器的角色，為多臺(tái)學(xué)生機(jī)提供服務(wù)，在其之上，運(yùn)行的是業(yè)務(wù)邏輯層(BL)，該層主要負(fù)責(zé)本系統(tǒng)所涉及業(yè)務(wù)的邏輯實(shí)現(xiàn)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，邏輯服務(wù)器對(duì)學(xué)生機(jī)提交的所有請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，作出判斷或計(jì)算，將結(jié)果返回學(xué)生機(jī)，若所提交的請(qǐng)求需訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)(例如查詢成績(jī)、提取題庫(kù)等)，向下層(DA)發(fā)出請(qǐng)求。

從功能上來(lái)講，邏輯服務(wù)器需提供以下功能:(1)擁有控制權(quán)限，對(duì)學(xué)生機(jī)上的用戶界面(UI)進(jìn)行控制;(2)對(duì)學(xué)生機(jī)提交的業(yè)務(wù)邏輯請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng);(3)可向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器(DA)提出數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)請(qǐng)求;(4)將計(jì)算結(jié)果或數(shù)據(jù)返回學(xué)生機(jī)相應(yīng)UI界面。

總的來(lái)說(shuō)，邏輯服務(wù)器充當(dāng)了C/S結(jié)構(gòu)中服務(wù)器的角色，但是與傳統(tǒng)意義的服務(wù)器有所不同的是，它并不具備數(shù)據(jù)庫(kù)，也不提供數(shù)據(jù)庫(kù)處理功能。取而代之的是，將數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求繼續(xù)向下層提交，并響應(yīng)下層返回的結(jié)果。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器作為三層架構(gòu)的最下一層(DA)，其功能是將業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器從繁瑣的數(shù)據(jù)庫(kù)處理中解放出來(lái)，并且由于單獨(dú)設(shè)置了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，可以很方便地設(shè)置并管理權(quán)限，也便于進(jìn)行安全設(shè)置，防止數(shù)據(jù)庫(kù)被破壞。從邏輯上來(lái)講，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器(DA)對(duì)上層(BL)提交的數(shù)據(jù)庫(kù)處理請(qǐng)求(包括查詢，添加，刪除和更新等)進(jìn)行響應(yīng)并做出處理。之后，向上層返回所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。

從功能上來(lái)講，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要需要實(shí)現(xiàn)以下四個(gè)方面的功能:(1)構(gòu)建并維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件;(2)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)建立所需的所有表，并標(biāo)好字段;(3)提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口，包括添加、刪除、查詢和更新等;(4)對(duì)上層(BL)提交的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求做出響應(yīng)，并用接口返回所需數(shù)據(jù)。

因此，三層架構(gòu)中的業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器則可以從繁重的數(shù)據(jù)庫(kù)處理任務(wù)中解放出來(lái)，有利于平衡整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載，不至于出現(xiàn)性能瓶頸;另一方面，由于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的出現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性問(wèn)題得到了很好的解決，開(kāi)發(fā)時(shí)不需過(guò)多關(guān)注數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。同時(shí)，使用軟件的三層架構(gòu)，讓每一層的功能十分清晰，不至于出現(xiàn)混亂，有利于軟件開(kāi)發(fā)。

4 成績(jī)管理業(yè)務(wù)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)前面的分析，成績(jī)管理業(yè)務(wù)中查詢模塊主要在UI層，而插入模塊主要在BL層，功能是記錄用戶的練習(xí)成績(jī)，并允許用戶通過(guò)查詢窗體進(jìn)行查看。實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)提供窗體與相應(yīng)的接口，與用戶展開(kāi)互動(dòng)，當(dāng)需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，使用數(shù)據(jù)庫(kù)提供的接口完成用戶成績(jī)的錄入、刪除、更新和查詢。

成績(jī)管理業(yè)務(wù)的總體邏輯圖，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體邏輯圖

5 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口組件

作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)合作的項(xiàng)目，每個(gè)人的業(yè)務(wù)流程都或多或少地會(huì)涉及數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，因此，開(kāi)發(fā)一套通用的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口組件就變得十分有必要了，它可以讓所有人使用相同的接口訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，不但避免了兼容性問(wèn)題，同時(shí)也減少了重復(fù)勞動(dòng)，提高了開(kāi)發(fā)效率。［5］

數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)各表關(guān)系圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)各表關(guān)系圖

數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)組件包括提供字段集模板md_score和md_score2，提供BL層接口bl_score和DA層接口da_score與dalSHFDB，同時(shí)，提供數(shù)據(jù)庫(kù)連接接口da_conn供da_score調(diào)用。其關(guān)系如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)各層關(guān)系圖

由圖5可看出，bl_score工作在BL層，為UI層提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口，而它自己又調(diào)用da_score的函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能，起到了承上啟下的作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行多媒體電子教學(xué)，是當(dāng)今教育領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究課題，是計(jì)算機(jī)成為當(dāng)今社會(huì)輔助教學(xué)手段發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)的分析，確定了成績(jī)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和運(yùn)行流程，闡述了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)思想，并給出了系統(tǒng)的C/S模型。同時(shí)，在基于三層架構(gòu)的軟件框架理論之上，設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)組件和業(yè)務(wù)邏輯模塊劃分，以及完成了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口組件的整體規(guī)劃。但是，在具體如何界定各層的范圍以及確定隔層調(diào)用的接口上，還需要在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)實(shí)際需求進(jìn)行選擇和分析。

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