（交通信息工程及控制專業(yè)論文）基于JSP的在線實時考試系統(tǒng).pdf

摘要 隨著計算機及網絡技術的發(fā)展與普及，教育信息化是一個必然的趨勢。很多大學開 設了遠程教育，通過計算機網絡對千里以外的學生進行教學。在這種環(huán)境下，在線網絡 考試系統(tǒng)也應運而生。在線網絡考試代表將來考試方式的改革與發(fā)展方向，它可以提高 考試及辦公的自動化水平和管理水平；降低考試成本；提高工作效率；促進教學與考試 的規(guī)范統(tǒng)一；推動現代遠程教育的發(fā)展；使考試更加高效、公平、合理。 目前大多數在線考試系統(tǒng)或多或少存在可擴展性差、安全性差、組卷方法單一等種 種缺陷，因而難以大規(guī)模應用于j 下式的考試中。針對這種情況，本文介紹了一種基于j s p 的在線考試系統(tǒng)的設計與實現。 本文先介紹了本課題的研究背景、系統(tǒng)需求和主要研究內容；然后對系統(tǒng)中用到的 理論知識和相關技術進行了詳細的闡述，包括開發(fā)工具、體系結構、工作流程、數據庫 設計、自動組卷的算法、系統(tǒng)的測試等。該系統(tǒng)采用b s 三層構架的體系結構，開發(fā)技 術選擇j s p 技術，以t o m c a t 作為w e b 服務器，選用s q ls e r v e r2 0 0 0 作為后臺數據庫， 客戶端采用瀏覽器來完成操作。本系統(tǒng)主要由管理員子系統(tǒng)、教師子系統(tǒng)和學生子系統(tǒng) 組成，具有多用戶同時在線考試、動態(tài)隨機出題、自動判卷、用戶管理、成績管理等功 能。論文中闡述了具體實現方法和自動組卷的算法功能實現程序。 本課題完成設計實現的系統(tǒng)已經試運行正常。該系統(tǒng)能夠方便、及時地和用戶進行 交互，提高網絡教育考試水平和效率，并且該系統(tǒng)易于維護。 關鍵詞：在線考試、j s p 、b s 模式、組卷算法 a bs t r a c t w i t ht h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i z a t i o no fe d u c a t e i n f o r m a t i o n b a s e di si n e v i t a b l et r e n d u n i v e r s i t yo p e n e dal o to fd i s t a n c ee d u c a t i o n ，t h r o u g h t h ec o m p u t e rn e t w o r ko fal o n gd i s t a n c ea w a yf r o mt h es t u d e n t sf o rt e a c h i n g ，i nt h i s e n v i r o n m e n t ；t h eo n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e ma l s oc a m ei n t ob e i n g o n l i n et e s to nb e h a l f o ft h e f u t u r ee x a m i n a t i o no ft h ew a yo fr e f o r ma n dd e v e l o p m e n td i r e c t i o n ，i tc a ni m p r o v et h e e x a m i n a t i o na n do f f i c ea u t o m a t i o nl e v e la n dm a n a g e m e n tl e v e l ；l o w e rt e s tc o s t s ，i n c r e a s i n g e f f i c i e n c y ，p r o m o t et h et e a c h i n ga n de x a m i n a t i o nn o r m su n i t y ，p u s ht h ed e v e l o p m e n tt h a tt h e m o d e ml o n gr a n g ee d u c a t e ，m a k ee x a m i n a t i o nm o r ea n de f f i c i e n t l y ，f a i r ，r e a s o n a b l e a tp r e s e n t ，m o s to n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e mt h e r ec a nb em o r eo rl e s st h ed e f e c t ，s u c ha s p o o re x p a n s i b i l i t y ，p o o rs e c u r i t y ，a n dt h em e t h o do f e d i tt h ee x a m i n a t i o np a p e ri su n i t a r ya n d s oo n ，m a k i n gi td i f f i c u l tf o rl a r g e s c a l ef o r m a le x a m i n a t i o n a i ma tt h i sk i n do fc i r c u m s t a n c e ， t h i sp a p e ri n t r o d u c e sam e t h o do fj s p b a s e do n l i n et e s ts y s t e md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n t h i sa r t i c l ef i r s ti n t r o d u c e dt h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，s y s t e mr e q u i r e m e n t sa n dm a i n r e s e a r c hc o n t e n t so ft h i st o p i c t h e ni td e s c r i b e dt h et h e o r e t i c a lk n o w l e d g ea n dr e l a t e d t e c h n o l o g i e su s e di nt h i ss y s t e mi nd e t a i l ，i n c l u d i n gd e v e l o p m e n tt o o l s ，s y s t e m sa n ds t r u c t u r e s ， w o r k f l o w , d a t a b a s ed e s i g n ，t h ea l g o r i t h mo fa u t og r o u pv o l u m e ，t h et e s t i n go fs y s t e m ，e t c t h e s y s t e mu s e st h es t r u c t u r eo fb sf r a m e w o r ko ft h r e et i e r sa n dc h o o s e sj s pt e c h n o l o g ya s i t sd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y , t o m c a ta si t sw e bs e r v e ra n ds q ls e r v e r2 0 0 0a si t sb a c k g r o u n d d a t a b a s e t h ec l i e n to ft h i ss y s t e mu s e sb r o w s e rt oc o m p l e t et h eo p e r a t i o n i tm a i n l yc o n s i s t s o fs u b s y s t e mo fa d m i n i s t r a t o r s ，s u b - s y s t e mo ft e a c h e r sa n ds u b s y s t e mo fs t u d e n t s i th a st h e f u n c t i o n so fm u l t i u s e ro n l i n ee x a ma tt h es a m et i m e ，d y n a m i cr a n d o m ，a u t o m a t i c ，u s e r m a n a g e m e n t ，p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ，a n d s oo n i nt h i sp a p e r , w ed e s c r i b e dt h ea l g o r i t h m a n dc o m p u t e rp r o g r a m m e ro ft h ei m p l e m e n tm e t h o da n da u t og r o u pv o l u m e t h et o p i c st oc o m p l e t et h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h et e s ts y s t e mh a db e e no p e r a t i n g n o r m a l l y t h es y s t e mc a ni n t e r a c tw i t h u s e r st i m e l ya n dc o n v e n i e n t l y , i m p r o v et h ee f f i c i e n c y a n dt h el e v e lo fn e t w o r ke d u c a t i o ne x a m i n a t i o na n dm a k et h es y s t e me a s i e rt om a i n t a i n k e y w o r d s ：o n l i n ee x a m i n a t i o n ；j s p ；b sm o d e l ；a l g o r i t h mo fg r o u pv o l u m e 論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明：本人所呈交的學位論文是在導師的指導下，獨立進行 研究工作所取得的成果。除論文中已經注明引用的內容外，對論文的 研究做出重要貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方式標明。本論 文中不包含任何未加明確注明的其他個人或集體已經公開發(fā)表的成 果。 本聲明的法律責任由本人承擔。 論文作者躲壇附 聊年，月鑼日 論文知識產權權屬聲明 本人在導師指導下所完成的論文及相關的職務作品，知識產權歸 屬學校。學校享有以任何方式發(fā)表、復制、公開閱覽、借閱以及申請 專利等權利。本人離校后發(fā)表或使用學位論文或與該論文直接相關的 學術論文或成果時，署名單位仍然為長安大學。 ( 保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定) 敝作者簽名洚洱 導師簽名： 棚瘳 訓咱年瑚諺日 驢年p 稻日 長安人學碩上學位論文 第一章緒論 1 1 引言 未來的信息時代是網絡時代，同時也是一個社會教育化的時代【l 】。在信息技術迅速 發(fā)展的今天，網絡技術的應用越來越廣泛，如何利用i n t e m e t 開展現代遠程教育正受到 人們的普遍關注。遠程教育是一種現代教育模式，是指教與學雙方在時空分離的情況下， 利用現代教育技術手段，保持教學雙方的雙向信息聯系，自主的完成施教與學習活動的 過程【2 1 。利用i n t e m e t 開展遠程教育，是一種實現遠程教育的具有發(fā)展前景的手段，它 可以實現不受時空限制的、交互式的、圖文等多媒體形式并茂的網絡教育。使用者只需 有一臺聯網的計算機，就可以通過網絡進行學習和考試，不受時間地域限制。在我國充 分利用這一資源進行網絡教學，有著廣闊的應用前景【3 】。 在線考試系統(tǒng)是實現網絡教育的一個重要組成部分，通過在線考試系統(tǒng)可以及時測 試自己的學習進度、自己對已學習知識的掌握程度。網絡考試與傳統(tǒng)考試相比有著明顯 的優(yōu)勢，考生和教師可以從世界的任何角落，通過瀏覽器接入因特網來使用考試系統(tǒng)， 不受地域的限制；同時也使得用戶可以更加靈活地安排考試時間，可以在任何時候使用 網絡考試系統(tǒng)進行自測，快速查詢考試成績。所以在線考試系統(tǒng)的開發(fā)和應用現在正受 到越來越多的大學的高度重視【引。 隨著計算機科學技術的飛速發(fā)展和網絡互聯網的應用范圍不斷擴大，以計算機為輔 助手段的網絡考試方法己經在社會眾多領域中逐步得到應用與推廣，尤其在各種培訓、 教育教學領域發(fā)展迅速。它使培訓者、教育者從出題、組卷、組織考試、閱卷評分、試 卷分析等費時費力的傳統(tǒng)工作中解脫出來，使他們能夠將主要的精力轉移到利用現代化 的科技手段提高教學效率和教育質量的改革中去，以更好的適應現代教育形勢的發(fā)展【5 】。 依托計算機網絡平臺和現代化多媒體技術的網絡考試具有傳統(tǒng)考試方式無可比擬 的優(yōu)勢。網絡考試突破了傳統(tǒng)考試中考場空間、時間的限制。它利用網絡的無限廣闊空 間，把考場從學校延伸到了家中、機房、辦公室及其它任何網絡能夠覆蓋的區(qū)域，并可 隨時隨地對考生進行考試，加上數據庫技術的利用，使得考試過程中的多種信息能夠存 儲、記錄、重現，讓考試變得更公平公正，更具權威性、透明性和可靠性。網絡考試實 現了傳統(tǒng)考試理論與現代科技的完美結合，符合現代教育體制的要求，代表著現代教育 中考試的改革和發(fā)展方向【5 卅。 第一章緒論 1 2 網上考試的產生背景 網絡化教育代表了教育改革的一個發(fā)展方向，已經成為現代教育的一個特征，并對 教育的發(fā)展形成新的推動力。隨著i n t e m e t i n t r a n e t ( i n t r a n e t 為企業(yè)內部網，是i n t e m e t 技 術在企業(yè)內部的應用) 的迅速發(fā)展和廣泛普及，建立在其上的遠程教育成為現代教育技 術未來發(fā)展方向之一?？荚嚋y試作為遠程教育的一個子系統(tǒng)也成為個重要的研究領 域。現代遠程教育作為一種新的教學手段己經開始進入我們的生活，正在給傳統(tǒng)教育模 式帶來新的變革，并對教育的發(fā)展提供新的動力【2 j 。 i n t e m e t 技術的發(fā)展使得考試的技術手段和載體發(fā)生了革命性的變化，i n t e m e t 的開 放性、分布性的特點和基于計算機的巨大的計算能力使得考試突破了時間和空間的限 制?；趇 n t e m e t 的考試系統(tǒng)正成為人們的研究熱點之一【7 1 。與傳統(tǒng)考試模式相比，網 上考試具有無可比擬的優(yōu)越性，它可以將傳統(tǒng)考試過程中的試卷組織、審核印制、傳送 收集、登記發(fā)放、評判歸檔各個環(huán)節(jié)縮小到一至兩個環(huán)節(jié)，幾乎屏蔽了所有人工直接干 預考試活動的可能性，不但能夠節(jié)約大量的時問、人力、物力與財力，而且還可以大幅 度提高考試成績的客觀性和公正性。在線考試子系統(tǒng)課題產生的背景是當今教育信息化 的趨勢和我國高校教育信息化系統(tǒng)的建設，目的是充分利用學?，F有的計算機軟、硬件 資源和網絡資源實現無紙化考試以避免傳統(tǒng)手工考試的不足。與傳統(tǒng)考試模式相比，基 于網絡的考試滲入了更多的技術環(huán)節(jié)，對實現安全性的途徑和方法也提出了更高的技術 要求。通過i n t e m e t i n t r a n e t 來實現網上考試，是現代教育技術的一個具體實現，具有很 重要的現實意義。可以實現教考分離以及考務工作的全自動化管理，可以有效利用校園 網的軟硬件資源，使其發(fā)揮最大效率，更好地為學校的教學、科研和管理服務，可以大 規(guī)模的實行考試，實現考試的客觀性和公證性，自動化組卷、閱卷可以減輕教師的工作 強度【8 - 9 1 。 2 0 世紀5 0 年代，為了能夠滿足鑒別和選拔人才的需要，一些教育發(fā)達國家會定期 舉行一些規(guī)模巨大的標準化考試，試題庫就是為了適應這種客觀需要才出現的。 計算機試題庫是“按照一定的教育測量理論，在計算機系統(tǒng)中實現的某個學科題目 的集合”。它是嚴格遵循教育測量理論，在精確的數學模型基礎上建立起教育測量工具， 可以對教學質量進行宏觀控制。為教學管理、測試、評估等提供多角度、多層次、多功 能的服務，對課程建設與改革進行宏觀指導具有重要作用。 縱觀遠程教育和教育技術的發(fā)展，計算機網絡考試的推行勢在必行。計算機網絡化 考試，為各種教育模式的考試及技能培訓的考核提供了標準化的考試環(huán)境。這是教育技 2 長安大學碩士學位論文 術改革的發(fā)展趨勢，也是實現科學化決策的重要工具之一【2 捌1 1 0 l 。 1 2 1 網上考試相比傳統(tǒng)考試的優(yōu)勢 網上考試能夠克服傳統(tǒng)考試的許多弊端、提高考試效率、降低成本。與傳統(tǒng)考試比 劃引，其優(yōu)勢主要表現在： ( 1 ) 網上考試能解決試題的科學性問題，提高試題質量。 ( 2 ) 網上考試系統(tǒng)必須要建立題庫。試題庫要根據考試大綱要求，依據教育測量學 理論來進行命題。具體要求是：要保證所出試題的科學性。試題要有一定的覆蓋面，體 現教學要求，給出每一道試題的參考答案和評分標準【1 。而大多數傳統(tǒng)考試沒有建立標 準化題庫，試題沒有經過先行測試，造成試題的科學性存在一定問題。 ( 3 ) 網上考試不受時間地點限制，省時省力。網上考試不受考生所在時間地點的限 制，降低了學習和考試的成本。為了減少考生工作和學習時間上的沖突，考生可以自主 地安排考試時間。而一些重要考試，也可以像傳統(tǒng)考試那樣，限制考生在規(guī)定的時間段 內參加網上考試；而傳統(tǒng)考試學生必須按規(guī)定時間、到規(guī)定地點參加考試，考試過程由 出題、印卷、運輸、保管、監(jiān)考、閱卷、統(tǒng)計分數等若干環(huán)節(jié)組成，每一次準備考試都 必需經過這些環(huán)節(jié)，費時費力，效率低下【12 1 。 1 3 國內外發(fā)展現狀 憑借著先進的互聯網技術，網絡遠程教育和考試在國外一些發(fā)達國家己蓬勃發(fā)展起 來，人們選修課程和考試都是通過網絡進行的。例如，美國e t s 組織的“計算機文化考 試”、“高級就業(yè)計算機科學考試 、“專業(yè)領域考試”、“t o e f l 、“g r e ”；英 國計算機學會b c s 和i d p m 分別組織的計算機考試，并普及到英聯邦國家；日本于1 9 6 9 年開始設立“信息技術人員考試 ，成為僅次于高考的第二大考試【引。 在國內，各種網校、在線教育、遠程課程教學也隨i n t e m e t 而悄然興起，出現了很 多網上考試。部分知名公司與名牌大學相繼開辦了網絡遠程教育課程，從事證書的考核 頒發(fā)，也有本科、碩士研究生的學歷教育。例如由人事部和信息產業(yè)部組織的“中國計 算機軟件專業(yè)技術資格和水平考試 ，教育部組織的“全國計算機等級考試”，全國電 大網上考試，教育部從劍橋引進的“劍橋信息技術( c i t ) i 正書考試”，以及c i s c o 認證 考試、微軟認證考試、n o v e l l 認證考試、i b m 認證考試等等【4 】【1 3 】。 網絡考試系統(tǒng)因其公正性、安全性、準確性、靈活性、隨機性、及時性以及方便性 等特點，已經成為國際上普遍采用的一種考試和認證方式。 3 第一章緒論 通過對國內外計算機考試系統(tǒng)的對比研究，總結了以下特點： ( 1 ) 從功能上劃分，一般專用的認證考試系統(tǒng)，都具有考試系統(tǒng)服務器端、考試系 統(tǒng)客戶端、題庫管理系統(tǒng)、考生管理系統(tǒng)等幾個基本組成部分。 ( 2 ) 從體系結構劃分，其工作模式為c s ( c l i e n t s e r v e r ，簡稱c s ) 模式或 b s ( b r o w s e r s e r v e r ，簡稱b s ) 模式。在這些考試系統(tǒng)中，基于c s 模式的考試系統(tǒng)數量 不少【1 4 】。 c s 模式的網上考試系統(tǒng)，一般在功能的實現上比較繁瑣，可集成性和可重用性差， 既不便于維護和更新，也難以適應考試形式、考試類型的多樣性。 由于c s 模式的特點，通常都需要安裝服務器端程序和客戶端程序，當考生在考試 答題時，此類軟件會先在客戶端生成臨時數據庫，在考生答完題后再將所有答案提交并 傳至服務器。這個期間容易出現機器故障、操作錯誤、竊取修改等情況，導致客戶端數 據被更改，因此存在安全性隱患。 ( 3 ) 顯然c s 模式的考試系統(tǒng)不能適應遠程教育發(fā)展的要求，因此出現了大量的基 于b s 模式的網上考試系統(tǒng)。但是也可能導致服務器負擔過重，使計算機資源的利用嚴 重失去平衡，帶來沉重的負捌”1 。 1 4 本文的研究主要內容與意義 隨著i n t e m e t 規(guī)模的不斷擴大，互聯網中信息量在不斷增加，以文件的形式進行存 儲的系統(tǒng)的速度正受到越來越大的影響。同時由于互聯網的應用領域的不斷擴展，靜態(tài) 的w e b 頁面越來越不能滿足人們對互聯網上信息服務的動態(tài)性、實時性和交互性的要 求。另一方面，數據庫技術經過幾十年的發(fā)展，己經非常成熟和完善。為了進行網絡上 數據的高效存取，實現交互式動態(tài)頁面，就必須以大量數據資源為基礎，因此必然要在 w e b 中引入數據庫技術。w e b 技術和數據庫技術的結合不僅把w e b 和數據庫的優(yōu)點集 中在了一起，而且充分利用了大量己有的數據庫信息資源，使用戶可以方便的在w e b 瀏覽器上檢索和瀏覽數據庫內容f 1 6 1 。 實際上w e b 數據庫實現的基本思想是在w e b 上提供用戶訪問和修改數據庫的接 口，使任何用戶都可以通過w e b 瀏覽器在任何地方訪問這些數據，提供各種網上服務 功能。 通過w e b 訪問數據庫的優(yōu)點是【4 】 7 - 9 1 1 1 2 1 1 1 4 - 1 6 1 ： ( 1 ) 使用現成的網絡瀏覽器軟件，無需開發(fā)數據庫前端，且界面統(tǒng)一，也減少了培 訓費用。 4 長安人學碩十學位論文 ( 2 ) 標準統(tǒng)一，開發(fā)過程簡單。 ( 3 ) 方便的跨平臺應用。 基于b s 模式的應用程序比傳統(tǒng)的基于c s 模式的應用程序有以下優(yōu)點： ( 1 ) 幾乎沒有限制的客戶端訪問。 ( 2 ) 極其簡化的應用程序部署和管理( 要更新一個應用程序，管理人員只需要更改一 個基于服務器的程序，而不是在客戶端安裝成千上萬的應用程序1 ) 。 綜上所述，開發(fā)基于w e b 瀏覽器的交互式應用系統(tǒng)勢在必行，數據庫技術更是需 要和w e b 技術相結合，才有更為廣闊的前景。單純的c s 模式已難以滿足大范圍信息 共享的需要，越來越多的傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)在向w e b 平臺移植。因此，采用何種技 術和設計模式來建立先進、安全、跨平臺、高效率的大中小型的各類網站成為一個重要 的研究課題。 本課題研究的主要內容是：通過瀏覽器訪問數據庫的關鍵技術( 數據庫系統(tǒng)的體系 結構、數據庫的訪問技術、數據庫系統(tǒng)的安全性) 進行了全面的研究、比較、歸納和總 結，對各個具體的技術的優(yōu)缺點進行了詳細的分析和說明，為以后的w e b 數據庫的開 發(fā)奠定了理論基礎：重點是對j s p 技術進行深入研究與用；設計并實現基于網絡考試管 理系統(tǒng)的j s p 解決方案。通過本課題的研究與具體應用的實現，深入地理解和掌握了基 于w e b 的數據庫技術，尤其是對j s p 技術進行了深入研究與應用，從而為今后更加深 入的研究與應用打下了堅實的基礎。 1 5 本文所要做的主要工作 本課題將設計與實現一個“基于j s p 的在線考試系統(tǒng) ，研究系統(tǒng)c s 與b s 結構 的優(yōu)缺點，探討相關的組卷的理論0 7 - 1 8 】。由于在線考試系統(tǒng)是基于網絡的系統(tǒng)，用于數 據交流的系統(tǒng)，系統(tǒng)的設計是一項復雜的工作，本文的任務是進行系統(tǒng)的總體分析和設 計，并負責實現在線考試系統(tǒng)。本文研究工作主要包括： ( 1 ) 本文首先分析了c s 和b s 兩種管理信息系統(tǒng)開發(fā)模式的特點，結合系統(tǒng)開發(fā) 的需要確定了多層b s 結構的開發(fā)模式，對系統(tǒng)開發(fā)平臺的開發(fā)技術進行介紹和對比。 ( 2 ) 系統(tǒng)的總體分析設計工作。 ( 3 ) 給出了系統(tǒng)結構功能設計的大體框架，并在此基礎上對系統(tǒng)的模塊設計與各模 塊的具體功能進行了詳細闡述。 ( 4 ) 數據庫設計工作。 ( 5 ) 介紹了系統(tǒng)的數據庫結構的分析和設計，包括數據庫連接技術、數據連接的配 5 第一章緒論 置以及數據窗口技術在系統(tǒng)中的應用。 ( 6 ) 在系統(tǒng)中所涉及的隨機算法進行詳細的介紹和說明，并分析算法的步驟和在系 統(tǒng)中的實現。 ( 7 ) 考試系統(tǒng)的實現工作。 ( 8 ) 考試系統(tǒng)測試。 6 長安人學碩士學位論文 第二章系統(tǒng)實現方案的分析與選擇 2 1 開發(fā)模式的分析 基于網絡的信息系統(tǒng)目前有兩種結構模式，一種是c s 兩層的結構模式， 另一種是b s 三層的結構模式 1 7 - 1 9 1 。 2 1 1c s 開發(fā)模式 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式，即大家熟知的客戶機和服務器結構。它是軟件系 統(tǒng)體系結構，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端來實現，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。目前大多數應用軟件系統(tǒng)都是 c l i e n t s e r v e r 形式的兩層結構，由于現在的軟件應用系統(tǒng)正在向分布式的w e b 應 用發(fā)展，w e b 和c s 模式結合應用都可以進行同樣的業(yè)務處理，應用不同的模 塊共享邏輯組件；因此，內部的和外部的用戶都可以訪問新的和現有的應用系統(tǒng)， 通過現有應用系統(tǒng)中的邏輯可以擴展出新的應用系統(tǒng)。這也就是目前應用系統(tǒng)的 發(fā)展方向。 傳統(tǒng)的c s 模式雖然采用的是開放模式，但這只是系統(tǒng)開發(fā)一級的開放 性，在特定的應用中無論是c l i e n t 端還是s e r v e r 端都還需要特定的軟件支持。由 于沒能提供用戶真正期望的開放環(huán)境，c s 模式的軟件需要針對不同的操作系統(tǒng) 系統(tǒng)開發(fā)不同版本的軟件，加之產品的更新換代十分快，已經很難適應百臺電腦 以上的局域網用戶同時使用。而且代價高，效率低。 基于c s 模式的軟件優(yōu)勢與劣勢： ( 1 ) 應用服務器運行數據負荷較輕。 最簡單的c s 模式的數據庫應用由兩部分組成，即客戶應用程序和數據庫 服務器程序。二者可分別稱為前臺程序與后臺程序。運行數據庫服務器程序的機 器，也稱為應用服務器。一旦服務器程序被啟動，就隨時等待響應客戶程序發(fā)來 的請求；客戶應用程序運行在用戶自己的電腦上，對應于數據庫服務器，可稱為 客戶電腦，當需要對數據庫中的數據進行任何操作時，客戶程序就自動地尋找服 務器程序，并向其發(fā)出請求，服務器程序根據預定的規(guī)則做出應答，送回結果， 應用服務器運行數據負荷較輕。 ( 2 ) 數據的儲存管理功能較為透明。 在數據庫應用中，數據的儲存管理功能是由服務器程序和客戶應用程序分 7 第二章系統(tǒng)實現方案的分析與 別獨立進行的，客戶應用程序通常把那些不同的運行數據( 不管是已知還是未知 的) ，在服務器程序中不集中實現。所有這些，對于工作在客戶應用程序上的最 終用戶，是“透明”的，他們無須過問( 通常也無法干涉) 背后的過程，就可以完 成自己的一切工作。在客戶服務器架構的應用中，客戶應用程序不是非?！笆菪　保?麻煩的事情都交給了服務器和網絡。在c s 模式下，數據庫不能真正成為公共、 專業(yè)化的倉庫，它受到獨立的專門管理。 ( 3 ) 采用c s 模式的劣勢是高昂的維護成本且投資大。 首先，采用c s 模式架構網絡，要選擇適當的數據庫平臺來實現數據庫數 據的真正“統(tǒng)一”，使分布于兩地的數據同步完全交由數據庫系統(tǒng)去管理，但邏輯 上兩地的操作者要直接訪問同一個數據庫才能有效實現。有這樣一些問題，如果 需要建立“實時”的數據同步，就必須在兩地間建立實時的通訊連接，保持兩地的 數據庫服務器在線運行，網絡管理工作人員既要對服務器維護和管理，又要對客 戶端維護和管理，這需要高昂的投資和復雜的技術支持，維護成本很高，維護任 務量大。 其次，傳統(tǒng)的c s 模式的軟件需要針對不同的操作系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)不同版本 的軟件，由于產品的更新換代十分快，高代價和低效率已經不適應工作需要。在 j a v a 這樣的跨平臺語言出現之后，b s 模式更是猛烈沖擊c s 模式，并對其形 成威脅和挑戰(zhàn)。 2 1 2b s 開發(fā)模式 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 模式即瀏覽器和服務器模式，它是隨著i n t e r n e t 技術 的興起，對c s 模式的一種變化或者改進的結構。在這種結構下，用戶工作界面 是通過w w w 瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在前端( b r o w s e r ) 實現，但是 主要事務邏輯在服務器端( s e r v e r ) 實現，形成所謂三層3 - t i e r 結構。這樣就大 大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低了用戶 的總體成本( t c o ) 。圖2 1 為b s 模式的系統(tǒng)體系結構模型。 8 長安大學碩士學位論文 h t t p 請求 s q l 請求 ，、w e b 服務器數 、 、砸b 據 瀏 j l 庫 覽 服 器 r 務 卜一 中間件 器 h t m l 頁面 ( 應用程序) 結果 數據庫 圖2 1b s 模式的系統(tǒng)體系結構模型 本系統(tǒng)的設計主要采用b s 模式的三層結構：表示層、應用層、數據層【加1 。 其中，表示層是客戶端的瀏覽器；應用層是具有應用程序擴展功能的w e b 服務 器，它包括事務處理邏輯，位于服務器端；數據層即數據庫服務器。這種結構的 工作流程是，用戶通過w e b 瀏覽器向網絡中的某一w e b 服務器提出服務請求， w e b 服務器對用戶驗明身份后，首先執(zhí)行相應的擴展應用程序與數據庫接通， 通過s q l 語句向數據庫發(fā)出數據處理申請，然后將數據庫處理結果交給w e b 服 務器后，再由w e b 服務器傳送到客戶端瀏覽器。 就現在的技術而言，在局域網中建立b s 模式的網絡應用，并通過 i n t e m e t i n t r a n e t 模式下數據庫應用，相對易于把握、成本也是較低的。在b s 模 式系統(tǒng)開發(fā)后，系統(tǒng)能夠實現不同的人員，從不同的地點，以不同的接入方式( 如 l a n 、w a n 、i n t e m e t i n t r a n e t 等) 訪問和操作共同的數據庫；在增加一定的 措施( 如增加防火墻、對傳輸信息加密等) 以后，它能有效地保護數據平臺和管 理訪問權限，服務器數據庫也很安全。特別是在j a v a 這樣的跨平臺語言出現之 后，b s 模式管理軟件更是方便、快捷、高效。 b s 模式軟件的優(yōu)勢與劣勢 2 1 - 2 2 1 ： ( 1 ) 維護和升級方式簡單。 目前，軟件系統(tǒng)的改進和升級越來越頻繁，b s 架構的產品明顯體現著更為 方便的特性。對一個稍微大一點單位來說，系統(tǒng)管理人員如果需要在幾百甚至上 千部電腦之間來回管理，效率和工作量是可想而知的。但b s 模式的軟件只需要 管理服務器就行了，所有的客戶端只是瀏覽器，根本不需要做任何的維護。無論 用戶的規(guī)模有多大、有多少分支機構，都不會增加任何維護升級的工作量，所有 的操作只需要針對服務器進行；如果是異地，只需要把服務器連接專網即可，實 現遠程維護、升級和共享。所以客戶機越來越“瘦”，而服務器越來越“胖”是將來 9 第二章系統(tǒng)實現方案的分析與 信息化發(fā)展的主流方向。今后，軟件升級和維護會越來越容易，而使用起來會越 來越簡單，這對用戶人力、物力、時間、費用的節(jié)省是顯而易見的。因此，維護 和升級革命的方式是“瘦”客戶機，“胖”服務器。 ( 2 ) 成本降低，選擇更多。 大家都知道w i n d o w s 在桌面電腦上幾乎一統(tǒng)天下，瀏覽器成為了標準配置， 但在服務器操作系統(tǒng)上w i n d o w s 并不是處于絕對的統(tǒng)治地位。現在的趨勢是凡 使用b s 模式的應用管理軟件，只需安裝在l i n u x 服務器上即可，而且安全性高。 所以服務器操作系統(tǒng)的選擇是很多的，不管選用那種操作系統(tǒng)都可以讓大部分人 使用w i n d o w s 作為桌面操作系統(tǒng)電腦不受影響，這就使的最流行免費的l i n u x 操作系統(tǒng)快速發(fā)展起來，l i n u x 除了操作系統(tǒng)是免費的以外，連數據庫也是免費 的，這種選擇非常盛行。 ( 3 ) 應用服務器運行數據負荷較重。 由于b s 模式管理軟件只安裝在服務器端( s e r v e r ) 上，網絡管理人員只需 要管理服務器就行了，用戶界面主要事務邏輯在服務器( s e r v e r ) 端完全通過 w w w 瀏覽器實現，極少部分事務邏輯在前端( b r o w s e r ) 實現，所有的客戶端 只有瀏覽器，網絡管理人員只需要做硬件維護。但是，應用服務器運行數據負荷 較重，一旦發(fā)生服務器“崩潰”等問題，后果不堪設想。因此，許多單位都備有數 據庫存儲服務器，以防萬一。 2 1 3b s 模式與c s 模式的對比 b s 模式與c s 模式的區(qū)別主要表現在【2 3 】： ( 1 ) 硬件環(huán)境不同：c s 模式一般建立在專用的網絡上，應用于小范圍里的 網絡環(huán)境，局域網之間再通過專門服務器提供連接和數據交換服務；b s 模式建 立在廣域網之上的，不必是專門的網絡硬件環(huán)境，一般只要有操作系統(tǒng)和瀏覽器 就行。 ( 2 ) 對安全要求不同：c s 模式一般面向相對固定的用戶群，對信息安全的 控制能力很強，一般高度機密的信息系統(tǒng)采用c s 模式適宜，可以通過b s 模式 發(fā)布部分可公開信息；b s 模式建立在廣域網之上，對安全的控制能力相對弱， 可能面向不可知的用戶。 ( 3 ) 對程序架構不同：c s 模式程序可以更加注重流程，可以對權限多層次 校驗，對系統(tǒng)運行速度可以較少考慮；b s 模式對安全以及訪問速度的多重考慮， 1 0 長安大學碩：i ：學位論文 建立在需要更加優(yōu)化的基礎之上，比c s 模式有更高的要求b s 模式的程序架構 是發(fā)展的趨勢，從m s 的n e t 系列的b i z t a l k2 0 0 0 ，e x c h a n g e2 0 0 0 等，全面支持 網絡的構件搭建的系統(tǒng)，s u n 和i b m 推出的j a v a b e a n 構件技術等，使b s 模式 更加成熟。 ( 4 ) 軟件重用不同：c s 模式程序必須對程序的整體性考慮，構件的重用性 不如在b s 模式要求下的構件的重用性好。b s 模式采用多重結構，要求其構件 相對獨立的功能，能夠相對較好的重用。 ( 5 ) 系統(tǒng)維護不同：c s 模式的程序由于整體性，必須整體考察，處理出現 的問題以及系統(tǒng)升級難，可能是再做一個全新的系統(tǒng)；b s 模式構件組成的程序， 更換個別的功能構件，實現系統(tǒng)的無縫升級，系統(tǒng)維護開銷減到最小，用戶從網 上自己下載安裝就可以實現升級。 ( 6 ) 處理問題不同：c s 模式程序可以處理用戶面固定，并且在相同區(qū)域， 安全要求高，需求與操作系統(tǒng)相關，應該都是相同的系統(tǒng)；b s 模式建立在廣域 網上，面向不同的用戶群，分散地域，這是c s 模式無法作到的。 ( 7 ) 用戶接口不同：c s 模式多是建立在w i n d o w s 平臺上，表現方法有限， 對程序員普遍要求較高；b s 建立在瀏覽器上，有更加豐富和生動的表現方式與 用戶交流，并且大部分難度降低，減小開發(fā)成本。 ( 8 ) 信息流不同：c s 模式程序一般是典型的中央集權的機械式處理，交互 性相對低；b s 信息流向可變化，更像交易中心。 通過上述比較，二者的優(yōu)點和缺點形成互補性的對稱。對于一個使用數據 庫的用戶來說，既想擁有高速、方便的數據處理平臺，又想擁有免維護、方便的 使用平臺，這種要求無疑是二者的結合產物。因此，在本文中，正是利用面向對 象的編程工具實現數據庫的操縱和交互，利用j a v a 技術編寫前端的用戶使用接 口，通過方便的t o m c a t 服務器來實現混合式編程、多層次架構的系統(tǒng)實現方法。 2 2 開發(fā)技術的比較 開發(fā)w e b 應用程序的技術手段也非常多，有些網站編程工具也非常盛行。 目前，最常用的動態(tài)網頁開發(fā)技術有a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 、p h p ( h y p e r t e x t p r e p r o c e s s o r ) 、j s p ( j a v as e r v e rp a g e s 等幾種。 第二章系統(tǒng)實現方案的分析與 2 2 1a s p 技術 a s p 是一個w e b 服務器端的開發(fā)環(huán)境，利用它可以產生和運行動態(tài)的、交 互的、高性能的w e b 服務應用程序；采用腳本語言j a v a s c r i p t 或v b s c r i p t 作為 自己的開發(fā)語言；a s p 是一個用戶附加到其w e b 服務器上的模塊，它在w e b 服 務器上處理j a v a s c r i p t 或v b s c r i p t ，然后在將它發(fā)送到瀏覽器之前將其轉換成 h t m l ，而不是在瀏覽器上完成這一轉換工作。 a s p 功能非常強大，但也有缺點。主要表現在：因為不需編譯，所以其性 能非常低下，僅局限于使用腳本語言j a v a s c r i p t 或v b s c r i p t ，不能夠完成功能完 善的語言所做的所有工作。a s p 技術只支持微軟公司的i i s 服務器，開發(fā)跨平臺 的w e b 應用程序相當困難。另外，腳本語言就像功能完善的語言的低級版本， 采用了許多捷徑，以使語言更精巧。其中的一些捷徑會使程序比實際需要的更長、 更復雜【2 牝6 】。 2 2 2p h p 技術 p h p 是一種跨平臺的嵌入式h t m l 文檔的服務器端腳本語言。它大量地借 用c ，j a v a 和p e r l 語言的語法，并結合p h p 自己的特性，使w e b 開發(fā)者能夠快 速地寫出動態(tài)生成頁面。它支持目前絕大多數數據庫。當訪問者打開頁面時，服 務器處理p 唧命令，然后將結果傳送到訪問者的瀏覽器中，這一點與a s p n e t 相同。但與a s p n e t 不同的是，p h p 是開放源代碼和跨平臺的。 同樣p h p 也存在不足：用戶需要單獨下載p h p ，安裝的步驟相當復雜。另 外，p h p 會話管理直到p h p 4 0 版本才開始有，但現在該管理也劣于a s p 的會 話管理。 2 2 3j s p 技術 j s p 是s u n 公司于1 9 9 9 年推出的新一代站點開發(fā)語言，它完全解決了目 前a s p ，p h p 的一個通病腳本級執(zhí)行。j a v a s c r i p t 頁面是允許用戶將標記與j a v a 代碼相組合動態(tài)生成w e b 頁的技術。j s p 的主要優(yōu)點之一是代碼在不同服務器 間的兼容性。j s p 的功能也是非常強大的，它的運行速度要比a s p 快，而且j a v a 程序員能夠很快掌握它。j s p 允許j a v a 程序利用j a v a 2 平臺的j a v a b e a n s 和j a v a 2 庫1 2 刀。 j s p 的技術特點是 2 8 - 2 9 】： 1 2 長安大學碩十學位論文 ( 1 ) 將業(yè)務層與表示層分離：使用j s p 技術，網絡開發(fā)人員可以使用h t m l 來設計頁面顯示部分( 如字體顏色等) ，使用j s p 指令或者j a v a 程序片段來生 成網頁上的動態(tài)內容。 ( 2 ) f i e , 夠跨平臺：j s p 支持絕大部分平臺，包括現在非常流行的l i n u x 系統(tǒng)， 應用非常廣泛的a p a c h e 服務器也提供了支持j s p 的服務。 ( 3 ) 組件的開發(fā)和使用很方便：如a s p 的組件是由c + + ，v b 等語言開發(fā)的， 并需要注冊才能使用，而j s p 的組件是用j a v a 丌發(fā)的，可以直接使用。 ( 4 ) 一次編寫，處處運行：作為j a v a 開發(fā)平臺的一部分，j s p 具有j a v a 的所 有優(yōu)點，包括w r i t eo n c e ，r u ne v e r y w h e r e 。 2 3t o m c a t 應用服務器 目前支持j s p 的應用服務器有很多，t o m c a t 是其中較為流行的一個w e b 服 務器，被j a v aw o r l d 雜志的編輯選為2 0 0 1 年度最具創(chuàng)新的j a v a 產品，可見其在 業(yè)界的地位【3 0 1 。 t o m c a t 是一個免費的開源的s e r v l e t 容器，在t o m c a t 中，應用程序的部署 很簡單，你只需將你的應用程序放到t o m c a t 的w e b a p p 目錄下，t o m c a t 會自動 檢測到這個文件，并將其解壓。你在瀏覽器中訪問這個應用的j s p 時，通常第一 次會很慢，因為t o m c a t 要將j s p 轉化為s e r v l e t 文件，然后編譯。編譯以后，訪 問將會很快。另外t o m c a t 也提供了一個應用：m a n a g e r ，訪問這個應用需要用戶 名和密碼，用戶名和密碼存儲在一個x m l 文件中。通過這個應用，輔助于f t p ， 可以在遠程對w e b 部署和撤銷應用，當然本地也可以【3 0 1 。 t o m c a t 也具有傳統(tǒng)的w e b 服務器的功f i g - 處理h t m l 頁面。但是與a p a c h e 相比，它的處理靜態(tài)h t m l 的能力就不如a p a c h e 。可以將t o m c a t 和a p a c h e 集成 到一塊，讓a p a c h e 處理靜態(tài)h t m l ，而t o m c a t 處理j s p 和s e r v l e t 。這種集成只 需要修改一下a p a c h e 和t o m c a t 的配置文件即可。t o m c a t 是一個很好的工具， 不僅僅因為其免費，功能強大，更因為其開放性，越來受收到人們的重視。 2 4s q ls e r v e r2 0 0 0 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0 是由m i c r o s o f t 公司開發(fā)的，簡稱s q ls e r v e r ，由 一系列相互協(xié)作的組件構成，能滿足最大的w e b 站點和企業(yè)數據處理系統(tǒng)存儲 和分析數據的需求。m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0