移動(dòng)校園助手的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾恒　劉強(qiáng)　李翰聰　高沛　陳大山　汪小楨

【摘 要】文章分析了當(dāng)前高校校園的信息化建設(shè)情況及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀?；诟咝Ｐ@師生的信息需求和新興的智能終端應(yīng)用技術(shù)，充分考慮用戶體驗(yàn)方式及網(wǎng)絡(luò)流量的最大化節(jié)約方式，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園助手。文章對(duì)校園助手的相關(guān)功能進(jìn)行了分析，并對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)涉及的PHP爬蟲(chóng)、Bootstrap、SharedPreference存儲(chǔ)、Memcache、Redis消息隊(duì)列、Laravel模板等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述。校園助手采用B/S架構(gòu)，并通過(guò)智能手機(jī)APP將歸集后的信息展示給用戶，為師生提供了高效、便捷的服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】校園助手；移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；智能終端

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP311.52 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）03-0049-03

0 引言

在當(dāng)今信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，校園信息化的程度越來(lái)越高，學(xué)校師生能夠使用的信息化資源也越來(lái)越多。但目前我國(guó)高校的校園數(shù)字化資源普遍存在信息比較分散的問(wèn)題，各類(lèi)信息分布在教務(wù)系統(tǒng)、圖書(shū)借閱系統(tǒng)、水電管理系統(tǒng)及院系QQ和微信群等。如何整合這些獨(dú)立的數(shù)字化資源，并通過(guò)統(tǒng)一的接入平臺(tái)為校園生活提供應(yīng)用服務(wù)已成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。此外，目前高校師生中使用智能手機(jī)已經(jīng)非常普及，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有了良好的生存環(huán)境。

1 系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

整個(gè)軟件系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，基于Internet實(shí)現(xiàn)。主要是由服務(wù)器端、WEB客戶端及智能手機(jī)應(yīng)用APP客戶端（包括Android客戶端、ios客戶端）3個(gè)部分組成。服務(wù)器端由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群和WEB服務(wù)器組成，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群與各類(lèi)應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)系，并保持同步。WEB客戶端和智能手機(jī)客戶端向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，WEB服務(wù)器端快速響應(yīng)，與數(shù)據(jù)庫(kù)集群交互并獲取數(shù)據(jù)后，向客戶端返回請(qǐng)求數(shù)據(jù)。若用戶為首次使用該系統(tǒng)時(shí)，則需要輸入賬號(hào)密碼進(jìn)行認(rèn)證，系統(tǒng)將向?qū)W校數(shù)據(jù)中心請(qǐng)求認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后，數(shù)據(jù)從服務(wù)器端緩存到本地，從而解決了部分服務(wù)器不穩(wěn)定帶來(lái)的困擾。同時(shí)，考慮到應(yīng)用的穩(wěn)定性，校園助手的數(shù)據(jù)庫(kù)采用MYSQL主從服務(wù)進(jìn)行負(fù)載均衡的方式讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 功能需求分析

校園助手主要是方便高校師生對(duì)各類(lèi)學(xué)習(xí)與生活信息進(jìn)行有效的收集與分析，從而更好地規(guī)劃自己的教學(xué)與學(xué)習(xí)生活。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展及國(guó)家層面對(duì)社會(huì)信息化的總體規(guī)劃，高校各類(lèi)信息化應(yīng)用如雨后春筍般出現(xiàn)——教務(wù)信息系統(tǒng)、考試系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、后勤管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、學(xué)籍管理系統(tǒng)等，而且各個(gè)系統(tǒng)的用戶名、密碼又不同，給學(xué)生、教師的生活帶來(lái)了諸多不便。因此，有需求開(kāi)發(fā)一個(gè)方便高校師生在校內(nèi)學(xué)習(xí)和生活的移動(dòng)應(yīng)用APP，其功能涵蓋高校信息化的方方面面，實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)訪問(wèn)各類(lèi)功能。

1.3 業(yè)務(wù)流程分析

校園助手的主要用戶分為教師和學(xué)生兩大類(lèi)，為了方便管理，需要對(duì)用戶的應(yīng)用流程進(jìn)行優(yōu)化，不同類(lèi)型的用戶采用統(tǒng)一入口。用戶的業(yè)務(wù)操作流程如下：?jiǎn)?dòng)APP—APP登錄界面—認(rèn)證—APP主界面—選擇功能—獲取數(shù)據(jù)。

當(dāng)用戶選擇相應(yīng)的功能后，將調(diào)用應(yīng)用API接口，與服務(wù)器端進(jìn)行交互，通過(guò)服務(wù)器端獲取校內(nèi)各部門(mén)、各應(yīng)用的數(shù)據(jù)。APP用戶要獲取其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)時(shí)，只需要返回APP主界面選擇相應(yīng)的功能即可，用戶根本無(wú)法察覺(jué)數(shù)據(jù)的不同來(lái)源，能給用戶帶來(lái)良好的體驗(yàn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

校園助手軟件功能模塊圖如圖1所示。根據(jù)師生需求的不斷變化，軟件功能也在不斷地更新中。軟件主要包括學(xué)校通知、課表信息查詢、考試信息、網(wǎng)上作業(yè)、電費(fèi)查詢、二手市場(chǎng)等功能，軟件實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)信息的歸集，并且根據(jù)不同用戶的需求直接將相關(guān)信息推送給用戶，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化服務(wù)，極大地提高了師生學(xué)習(xí)與工作的效率和質(zhì)量。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

智能終端APP的客戶端采用廣為流行的Android平臺(tái)及蘋(píng)果ios平臺(tái)，同時(shí)還可以為學(xué)生中的開(kāi)發(fā)愛(ài)好者提供接口?？蛻舳伺c服務(wù)端的交互采用可靠的https協(xié)議。交互的數(shù)據(jù)形式采用簡(jiǎn)單并高效的Json封裝格式，方便了各個(gè)平臺(tái)的擴(kuò)展。

2.2.1 校內(nèi)信息獲取方式

對(duì)于校內(nèi)信息獲取，我們通過(guò)PHP爬蟲(chóng)的方式模擬用戶請(qǐng)求后臺(tái)登錄部分信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，隨著用戶量的增加及部分信息系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性，通過(guò)爬蟲(chóng)獲取數(shù)據(jù)的方式已經(jīng)不能滿足業(yè)務(wù)需要。在獲得學(xué)校授權(quán)后，通過(guò)直接訪問(wèn)相應(yīng)管理部門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行緩存，后臺(tái)通過(guò)ResfulAPI提供數(shù)據(jù)接口，各個(gè)終端獲取數(shù)據(jù)通過(guò)該接口即可。一方面簡(jiǎn)化了各個(gè)移動(dòng)終端的開(kāi)發(fā)難度，另一方面通過(guò)數(shù)據(jù)的緩存，解決了信息系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。

2.2.2 Bootstrap

通過(guò)對(duì)用戶的調(diào)研，軟件采用WEB和移動(dòng)APP雙平臺(tái)的方式進(jìn)行服務(wù)。WEB端前端框架采用開(kāi)源的框架bootstrap，該框架在業(yè)內(nèi)以良好的瀏覽器兼容性著稱(chēng)，并能在PC端及移動(dòng)端以各種分辨率良好地顯示。WEB端后端為保障服務(wù)質(zhì)量，我們對(duì)Bootstrap進(jìn)行優(yōu)化，采用內(nèi)、外網(wǎng)分離的模式，其中內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)下二進(jìn)制流的方式同步到外網(wǎng)服務(wù)器，用戶對(duì)信息的獲取在外網(wǎng)服務(wù)器上進(jìn)行，此舉能更好地保證數(shù)據(jù)錄入的穩(wěn)定及獲取的高效。

2.2.3 SharedPreference存儲(chǔ)

校園助手采用SharedPreference來(lái)存儲(chǔ)一般數(shù)據(jù)，例如APP打開(kāi)的時(shí)間與次數(shù)，而對(duì)于用戶的信息和成績(jī)信息等復(fù)雜的數(shù)據(jù)，校園助手采用面向?qū)ο蟮乃枷雽⑦@些實(shí)體進(jìn)行序列化后進(jìn)行傳輸，具體表現(xiàn)為使用orm思想與sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣能夠有效地保證數(shù)據(jù)訪問(wèn)的準(zhǔn)確性和效率性。在網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求方面，校園助手使用線程池維護(hù)異步的Http請(qǐng)求，保證Ui主線程不被阻塞且數(shù)據(jù)能夠及時(shí)被獲取，獲取到信息后，校園助手使用Handler進(jìn)行Ui線程的更新，此舉可保證不會(huì)出現(xiàn)ANR。

2.2.4 Memcache緩存系統(tǒng)

Memcache是一個(gè)高性能的分布式的內(nèi)存對(duì)象緩存系統(tǒng)，它能夠用來(lái)存儲(chǔ)各種格式的數(shù)據(jù)，其工作流程如下：先檢查客戶端的請(qǐng)求數(shù)據(jù)是否在memcached中，如果請(qǐng)求的數(shù)據(jù)在，則直接返回請(qǐng)求數(shù)據(jù)，不再對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行任何操作；如果請(qǐng)求的數(shù)據(jù)不存在，則在數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，把從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端，同時(shí)把數(shù)據(jù)緩存一份到memcached中；每次更新數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，也要更新memcached中的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性；當(dāng)分配給memcached的內(nèi)存空間用完之后，會(huì)使用LRU策略與到期失效策略，失效數(shù)據(jù)首先被替換，然后再替換掉最近未使用的數(shù)據(jù)。

2.2.5 Redis消息隊(duì)列

經(jīng)測(cè)試，利用校園助手為所有用戶推送同一條消息時(shí)，會(huì)占用很大的內(nèi)存，考慮到活躍用戶，校園助手只處理登錄用戶，至于未登錄用戶，校園助手會(huì)推遲到用戶下次登錄時(shí)再處理。當(dāng)大量用戶同時(shí)登錄的時(shí)候，如果全部即時(shí)處理，則系統(tǒng)容易崩潰。因此，校園助手使用一個(gè)Redis隊(duì)列來(lái)保存待處理的登錄用戶，如此一來(lái)，雖然犧牲了一小部分的功能，但卻保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Redis的LIST數(shù)據(jù)類(lèi)型便可以很自然地創(chuàng)建一個(gè)這樣的隊(duì)列。

2.2.6 Laravel+Angularjs+Bootstrap+AdminLTE

校園助手的后臺(tái)采用了Laravel Angular Admin，它是一個(gè)后臺(tái)模板，使用了Gulp工作流，并且支持 OAuth和JWT認(rèn)證，此外還可使用Dingo API實(shí)現(xiàn)了Restful API，還用到了Restangular和UI-Router；在權(quán)限控制方面，使用了Romanbican/Roles和Angular ACL。

2.2.7 移動(dòng)應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)

在移動(dòng)終端，軟件采用了部分開(kāi)源技術(shù)，如課表、成績(jī)等加載動(dòng)畫(huà)時(shí)的自定義view的方法；用ButterKnife框架和Retrofit2 OkHttp RxJava Gson構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)加載、數(shù)據(jù)解析、異常統(tǒng)一處理；圖片加載方面，采用Picasso的圖像加載框架；處理APP閃退問(wèn)題時(shí)，通過(guò)采用“騰訊”的x5內(nèi)核，使用LeakCanary解決了內(nèi)存泄露造成的閃退問(wèn)題。這些開(kāi)源技術(shù)的應(yīng)用，保證了服務(wù)的高可用性。

3 結(jié)論

在校園助手設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，我們遇到了種種困難，通過(guò)對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入研究，最終成功地解決了問(wèn)題。WEB應(yīng)用和手機(jī)APP在國(guó)內(nèi)各大軟件應(yīng)用市場(chǎng)上線，并在湖南工業(yè)大學(xué)成功投入應(yīng)用。目前，用戶已經(jīng)突破20 000人，涵蓋了學(xué)校1/3的師生?；谝苿?dòng)APP的特殊性，校園助手的版本不斷地迭代更新，使用的技術(shù)也不斷地突破進(jìn)步，功能逐步增加。軟件已經(jīng)基本滿足了師生的各種信息化服務(wù)需求，對(duì)高校數(shù)字化校園建設(shè)起到了很好的規(guī)范作用。后期，我們將考慮將軟件進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化并推向市場(chǎng)，從而為更多的高校師生提供便利的服務(wù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]