基于Android的移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)中Web Service的構(gòu)建與實現(xiàn)

楊 健，張曉玲，楊鄧奇

（大理學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機學(xué)院，云南大理 671003）

移動學(xué)習(xí)是一種在移動計算設(shè)備幫助下的能夠在任何時間任何地點開展的學(xué)習(xí)，其所使用的移動計算設(shè)備必須能夠有效呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，并提供教師與學(xué)習(xí)者之間的雙向交流〔1〕。目前高等學(xué)校在校生平均人手擁有一臺甚至多臺的便攜式移動設(shè)備（智能手機、平板電腦、PDA等），而在日常課程學(xué)習(xí)的間歇和各種各樣的等待時間里，這些移動設(shè)備除了作為通信設(shè)備來使用以外，似乎唯一的功能就是上網(wǎng)、娛樂。這也使得大好的時間和便攜的學(xué)習(xí)工具（資源）被浪費，沒有用于專業(yè)技能知識的提高上。利用移動學(xué)習(xí)作為高校教學(xué)的輔助學(xué)習(xí)手段可以進一步提高學(xué)生充分利用各種學(xué)習(xí)時間的能力〔2-3〕。

另一方面，作為兩大移動平臺操作系統(tǒng)之一的Android，盡管諸如碎片化、安全漏洞等問題讓其屢遭詬病，但截至2014 年7 月，其市場份額卻一舉超越iOS，成為市場占有率最大的移動平臺操作系統(tǒng)。在Android 下開發(fā)移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)首選的語言工具是Java。此外，Google 以及其他開源軟件組織也為Android 平臺下Java 應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了良好的支持，如 Eclipse for ADT（Android Development Toolkit）等。在Android下開發(fā)基于Java的移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)，在移動平臺前端開發(fā)方案的選擇上有兩個：使用瀏覽器作為瘦客戶端或開發(fā)自有的Java 客戶端界面。這兩種方案各有優(yōu)缺點：前者不需要開發(fā)客戶端軟件，只需要安裝瀏覽器即可，但受制于瀏覽器的功能，無法提供移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)有的各種多媒體交互學(xué)習(xí)能力，且界面表現(xiàn)和跳轉(zhuǎn)等受到一定的限制；后者雖然需要開發(fā)前端App 軟件，但可以根據(jù)需要提供各種音視頻及復(fù)雜的交互能力，從而進一步提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。

本文考慮建立Android 系統(tǒng)下的移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)，主要應(yīng)用環(huán)境是為在校學(xué)生提供移動學(xué)習(xí)服務(wù)，通過多媒體展現(xiàn)形式提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時建立學(xué)習(xí)過程中教師與學(xué)生的互動交流，從而增強學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。論文提出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，并詳細(xì)介紹系統(tǒng)中前端和后端的遠(yuǎn)程信息交換方案。內(nèi)容主要包括：首先將介紹Android 系統(tǒng)下基于Java的移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)，接下來將針對本系統(tǒng)中用于遠(yuǎn)程信息交換的Web Service 開發(fā)和訪問提供解決方案，最后一節(jié)進行總結(jié)并提出需要進一步解決的問題。

1 移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

考慮到移動設(shè)備在存儲、計算和續(xù)航能力上所受的約束，應(yīng)盡可能地將復(fù)雜的耗能的計算任務(wù)進行分解，并形成類似于C/S（客戶/服務(wù)器）模式的結(jié)構(gòu)，其中客戶端（移動設(shè)備）面向用戶展示學(xué)習(xí)內(nèi)容、通知公告，同時提供交互界面，而服務(wù)器端則使用PC界面提供給管理員和教師進行輔助管理及學(xué)習(xí)內(nèi)容、測驗試題和公告的管理〔4-5〕。根據(jù)本系統(tǒng)的需求進行分析，得出系統(tǒng)的功能模塊。見圖1。

圖1 系統(tǒng)功能圖

上述系統(tǒng)功能中，學(xué)習(xí)者使用移動設(shè)備登錄客戶端系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)，各模塊中最重要的就是學(xué)習(xí)、測驗和交流互動3 個子系統(tǒng)，而這3 個子系統(tǒng)在實現(xiàn)中是相互提供功能的。例如，學(xué)習(xí)過程中可能調(diào)用測驗子系統(tǒng)進行知識點相關(guān)例題的選擇，還可以直接針對當(dāng)前知識點向教師進行提問，或者查看教師對以前問題的回答；而學(xué)習(xí)交流論壇中，也可通過學(xué)習(xí)知識點的鏈接來確定交流的主題。服務(wù)端系統(tǒng)是在PC 機上建立Java EE 應(yīng)用來實現(xiàn)的，并且通過無線網(wǎng)絡(luò)給客戶端提供所需的信息（主要包括學(xué)習(xí)的知識點、試題、公告通知和學(xué)習(xí)相關(guān)多媒體文件的傳輸）。服務(wù)器端的使用者除了教師以外，還需要有教務(wù)系統(tǒng)的管理員來完成非教學(xué)所需的信息管理相關(guān)操作。

從圖1中可以看到，本系統(tǒng)的兩大子系統(tǒng)之間需要進行頻度較高的、數(shù)據(jù)量較大的信息交換，在客戶端與服務(wù)器之間需要有高效的信息傳輸方法。為了讓客戶端的Android 應(yīng)用與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間進行交互，一種方法是借助于Java 的RMI（Remote Method Invocation）技術(shù)，但這要求遠(yuǎn)程服務(wù)器程序必須采用Java 實現(xiàn)，不利于以后后臺服務(wù)端的擴展。當(dāng)然，也可以借助于CORBA（Common Object Request Broker Architecture）技術(shù)，但這種技術(shù)過于復(fù)雜。除此之外，Web Service是一個較好的選擇。

系統(tǒng)采用Web Service 作為客戶端與遠(yuǎn)程服務(wù)器信息交互手段，由于系統(tǒng)前端為Android應(yīng)用，后端為Java EE應(yīng)用服務(wù)器，因而建立如圖2所示的整合架構(gòu)圖。

圖2 客戶端Android應(yīng)用與服務(wù)器端的整合架構(gòu)

2 移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的Web Service構(gòu)造及訪問

Web Service 是本系統(tǒng)中最為重要的組成部分，由后臺的Java EE 應(yīng)用來提供服務(wù)，供移動客戶端調(diào)用，從而實現(xiàn)移動客戶端與服務(wù)端的信息交互。下面著重介紹Web Service的基本概念，并提出本系統(tǒng)中的Web Service的構(gòu)建方法。

2.1 Web Service 及關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)W3C（萬維網(wǎng)聯(lián)盟）對 Web Service 的定義〔6〕，Web Service 技術(shù)使得在不同機器上的不同應(yīng)用可以相互交換數(shù)據(jù)或集成，且無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件。由于基于一些常規(guī)的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及已有的一些技術(shù)，諸如標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言下的子集XML、HTTP等，Web Service很容易部署。

Web Service涉及的關(guān)鍵技術(shù)有：

1）XML：可擴展標(biāo)記語言，是表示W(wǎng)eb Service中服務(wù)器與客戶端相互交換信息的基本格式。

2）SOAP：簡單對象訪問協(xié)議。一個SOAP 消息包含如下3 個主要元素：a.為描述信息內(nèi)容和如何處理內(nèi)容定義了框架（Envelope 元素）；b.將程序?qū)ο缶幋a成為XML 對象的規(guī)則（Header 元素，包含SOAP 的頭信息）；c.執(zhí)行遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）的約定（Body元素，包含所有的調(diào)用和響應(yīng)信息）。

3）WSDL：Web Service 描述語言，通過 XML 描述Web Service，供服務(wù)調(diào)用者使用。

4）UDDI：統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和整合協(xié)議，是一套用于Web Service發(fā)布和發(fā)現(xiàn)的規(guī)范。

Java 本身提供了對Web Service 的支持，建立了如 JAX-WS 規(guī)范和面向 RESTful（Representational State Transfer）Web服務(wù)的JAX-RS規(guī)范等?，F(xiàn)有實現(xiàn)這些規(guī)范的框架也已有較多，典型的開源框架如Apache 的 Axis2/Axis、CXF 等。這些技術(shù)不但可以用于非常方便地對外提供Web服務(wù)，也可用于簡化調(diào)用Web服務(wù)的客戶端編程。

2.2系統(tǒng)Web Service 實現(xiàn)由于本系統(tǒng)服務(wù)器端由Java EE 應(yīng)用實現(xiàn)，就需要Web 服務(wù)能與后端的Servlet、Spring 等框架無縫結(jié)合。現(xiàn)有Web Service框架中，能與Java EE的控制器Spring框架較好結(jié)合的有 Axis2、Axis 和 CXF。其中，Axis 本質(zhì)上是一個SOAP 引擎，提供創(chuàng)建服務(wù)器端、客戶端和網(wǎng)關(guān)SOAP 操作的基本框架。Axis2 則是下一代的Axis，具有更強的靈活性并可擴展到新的體系結(jié)構(gòu)。CXF也是Apache基金會發(fā)布的Web Service實現(xiàn)框架〔7-8〕，支持多種Web Services 的標(biāo)準(zhǔn)。此外，CXF 框架實現(xiàn)Web Service 時，既支持WSDL 優(yōu)先開發(fā)，也支持從Java 的代碼優(yōu)先開發(fā)模式，并且支持Spring 2.0更加簡化的XML 配置方式；同時，它還是一種可插撥架構(gòu)，支持 XML 和非 XML 的類型（例如 JSON 或CORBA）綁定，使得其具有更好的可兼容性。

2.2.1 服務(wù)端的Web Service 實現(xiàn) 考慮到本文的移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)是在已有的Java EE 應(yīng)用基礎(chǔ)上構(gòu)建，服務(wù)器上的業(yè)務(wù)流程由Spring 框架來實現(xiàn)，而CXF 與Spring 的結(jié)合通過XML 配置文件的更改就可實現(xiàn)，所以采用CXF作為本系統(tǒng)中Web Service的實現(xiàn)框架。這里不再介紹CXF 和Spring 的類庫安裝，假設(shè)Spring 和CXF 已經(jīng)作為編譯類庫導(dǎo)入到項目中。為了讓Spring 支持CXF 提供的Web Service的發(fā)布，需要在Spring 的配置文件中添加對CXF 的支持，并在Web配置界面中添加對Web Service調(diào)用時Servlet的映射。

其中，在Spring 配置文件中，除了在＜beans…＞中添加CXF的名字空間和規(guī)范的定義以外，還需要使用＜import resource…＞節(jié)點導(dǎo)入CXF 的配置文件cxf.xml、cxf-extension-soap.xml 和 cxf-servlet.xml，同時，配置Web Service 的實現(xiàn)類，如下面Spring 的配置文件代碼所示：

在Java EE 的配置文件web.xml 中，為了使對Web Service 的訪問自動轉(zhuǎn)向CXF 框架，需要定義CXF 框架的引用Servlet，并指向服務(wù)類org.apache.cxf.transport.servlet.CXFServlet。同時，還要定義訪問這個Servlet的URL模式，例如“/services/*”。通過這樣的配置，客戶端對Web服務(wù)的請求URL應(yīng)形如“http：//.../services/...”，從而在服務(wù)器端轉(zhuǎn)入通過CXF框架提供的Web服務(wù)的實現(xiàn)類的處理。此外，在服務(wù)器端的Web 服務(wù)實現(xiàn)類之前要使用@Web-Service標(biāo)注，如下面代碼：

可以注意到@WebService 標(biāo)注有endpointInterface 等幾個屬性，其中targetNamespace 對應(yīng)著客戶端創(chuàng)建SOAP 對象時應(yīng)指定的Namespace。在這種形式的Web服務(wù)中，并沒有在部署之前提供服務(wù)的描述WSDL文件，因為這種情況下，CXF是根據(jù)服務(wù)提供類動態(tài)生成Web服務(wù)的描述。

2.2.2 Android 移動客戶端的Web Service 訪問 在上述的Web 服務(wù)實現(xiàn)方式下，Android 客戶端要做的就是使用URL 請求服務(wù)，并將返回結(jié)果解析為SOAP 對象，然后讀取SOAP 對象中包含的信息即可。根據(jù)請求的URL 也可以看出，包裝信息的SOAP 消息是通過HTTP 協(xié)議傳輸?shù)?。為了在Android 下對HTTP 傳輸?shù)腤eb Service 消息更容易進行處理，Google公司提供了Ksoap2包。使用Ksoap2包調(diào)用Web Service分為如下幾個步驟：

1）創(chuàng)建 HttpTransportSE 對象，該對象使用HTTP協(xié)議完成網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)；

2）創(chuàng)建SOAP 的封裝對象SoapSerializationEnvelope 和SoapObject 對象，同時為后者設(shè)置需要傳遞給遠(yuǎn)程服務(wù)器的參數(shù)；

3）設(shè)置SOAP 的封裝對象SoapSerializationEnvelope 的 bodyOut 屬性，將上面創(chuàng)建的 SoapObject 對象作為傳出SOAP消息體；

4）調(diào)用HttpTransportSE 對象的 call（）方法，從而發(fā)送Web Service請求；

5）調(diào)用完成后，訪問SOAP 封裝對象的bodyIn屬性，獲得一個SoapObject 對象，這也就是以SOAP對象格式封裝的Web Service的返回消息。

在上述步驟中，還要注意的一個問題是，Android 4及以后版本環(huán)境下，不允許應(yīng)用程序的主線程訪問網(wǎng)絡(luò)，因此，需要將網(wǎng)絡(luò)訪問部分放在新建的線程中調(diào)用。

3 結(jié)論

本文探討在Android 下創(chuàng)建C/S 模式的移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)，為了在客戶端和服務(wù)器端進行信息傳輸，使用Web Service 提供服務(wù)?？紤]到前端和后端的可擴展性，服務(wù)器采用Java EE 來實現(xiàn)，為了能跟其中的Spring 框架較好集成，在服務(wù)器端的Web Service用了Apache 的CXF框架。系統(tǒng)測試表明，CXF框架能很好地跟業(yè)務(wù)流程框架Spring 集成，創(chuàng)建具有良好的可擴展性的Web 服務(wù)端。下一步的工作包括：

1）建立基于RESTful架構(gòu)的Web Service在移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于基于SOAP/WSDL 的Web Service 是RPC（遠(yuǎn)程過程調(diào)用）式的，僅僅將HTTP協(xié)議當(dāng)做一種傳輸協(xié)議來使用，還依賴于XML這種冗余度較高的文本格式，因此這種Web Service應(yīng)用性能較為低下，不適合大流量的Web 應(yīng)用〔9〕。相比之下，RESTful Web Service，是一種面向資源的架構(gòu)，采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP 方法，HTTP 協(xié)議在其中不只是作為傳輸協(xié)議，而是作為信息的載體，無需引入SOAP 消息傳輸層，避免了各種封裝產(chǎn)生的資源消耗，從而更加快捷、方便。

2）此外，移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的文字性學(xué)習(xí)內(nèi)容不僅僅是字符（或漢字），還應(yīng)當(dāng)考慮數(shù)學(xué)公式等非字符型學(xué)習(xí)內(nèi)容的表現(xiàn)〔10〕，以及客戶端和服務(wù)端的該種類型信息的交流。在系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)學(xué)公式相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容表示和編輯，是本文另一個后續(xù)工作。

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