開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

羅頻捷， 溫 荷

(1. 成都東軟學(xué)院 實(shí)驗(yàn)管理中心， 四川 成都 611844;2. 成都東軟學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系， 四川 成都 611844)

開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

羅頻捷1， 溫 荷2

(1. 成都東軟學(xué)院 實(shí)驗(yàn)管理中心， 四川 成都 611844;2. 成都東軟學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系， 四川 成都 611844)

為解決開放實(shí)驗(yàn)室人工管理困難的問題，建立了基于信息化系統(tǒng)的開放實(shí)驗(yàn)室管理模式和管理流程，使用Struts2、Spring、Hibernate框架建立了開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用JEE5的分層架構(gòu)將表示層、控制層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層進(jìn)行分離，具有良好的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。

開放實(shí)驗(yàn)室； SSH框架； 信息系統(tǒng)

開放實(shí)驗(yàn)室就是向?qū)W生提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究的空間和設(shè)備，增加實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)間，給學(xué)生提供個(gè)性化發(fā)展的平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[1-2]。開放實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)在于“開放”，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生完全開放，使學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃，預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[3-4]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理是以實(shí)驗(yàn)室教師人工管理為主，由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生隨時(shí)在變化，人工管理很難滿足不斷變化的需求。為促進(jìn)開放實(shí)驗(yàn)室的健康快速發(fā)展，提高開放實(shí)驗(yàn)室管理水平，有必要研發(fā)一套科學(xué)、合理的開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)

高校的開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)不同于普通的管理信息系統(tǒng)，它的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下3方面。

(1) 研發(fā)成本低。高校實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)的研發(fā)通常作為學(xué)校的科研項(xiàng)目，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)有限，很難采購第三方成熟組件，并且要求低成本運(yùn)行。所以，高校開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)一般采用開源技術(shù)研發(fā)。

(2) 業(yè)務(wù)復(fù)雜。開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)使用人數(shù)眾多，除了教職員工以外，還有幾萬名學(xué)生在同時(shí)使用。實(shí)驗(yàn)室管理涉及大量?jī)x器設(shè)備，部分儀器設(shè)備的型號(hào)參數(shù)僅有細(xì)微差別，管理內(nèi)容繁雜。同時(shí)，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)有前序和后序安排，還必須兼顧理論課程和實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間安排，管理流程復(fù)雜。

(3) 系統(tǒng)多架構(gòu)融合。由于開放實(shí)驗(yàn)室分散在學(xué)校不同建筑物中，一般采用指紋驗(yàn)證等安全技術(shù)手段，所以開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)除了采用B/S架構(gòu)以滿足師生隨時(shí)訪問以外，還要融入C/S架構(gòu)以便于連接指紋儀、門禁等外接設(shè)備。

基于以上原因，系統(tǒng)采用Java企業(yè)級(jí)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)，以保障系統(tǒng)需求的可實(shí)現(xiàn)性、穩(wěn)定性和未來的可擴(kuò)展性。JEE 5是目前最先進(jìn)的Java企業(yè)級(jí)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開發(fā)、部署和管理，實(shí)現(xiàn)了分布式運(yùn)行和跨平臺(tái)移植。本文提出一種基于JEE 5的SSH框架作為開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)解決方案的核心架構(gòu)。SSH框架是JEE 5平臺(tái)下Struts2、Spring和Hibernate等3個(gè)主流框架的融合，分層實(shí)現(xiàn)了MVC架構(gòu)，包括輕量級(jí)的IOC容器和AOP控制器的持久化應(yīng)用[5]。

1.2 Struts2框架

Struts2是建立在JEE5體系架構(gòu)之上的一種輕量級(jí)框架，通過使用JSP、Servlet、JavaBean、XML和自定義標(biāo)簽等多種技術(shù)組合實(shí)現(xiàn)[6-7]。Struts2框架使用了攔截器技術(shù)對(duì)用戶請(qǐng)求進(jìn)行處理，通過WebWork核心將用戶業(yè)務(wù)邏輯控制器與Servlet API分離。利用Struts2框架提供的OGNL技術(shù)可以方便地獲取Request，Attribute，Application，Session，Parameters中的數(shù)據(jù)，極大地優(yōu)化了系統(tǒng)代碼質(zhì)量。在開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)中，Struts2作為頁面表示層和控制轉(zhuǎn)發(fā)層框架。

1.3 Spring框架

Spring是一個(gè)輕量級(jí)的DI和AOP容器框架，將對(duì)象之間的依賴關(guān)系交給IOC容器，降低各業(yè)務(wù)組件之間的耦合性，提供了大量的中間層模型。Spring DI機(jī)制降低了業(yè)務(wù)對(duì)象替換的復(fù)雜性，并將代碼污染度減到極低[8-10]。Spring將管理的Bean作為POJO進(jìn)行控制，通過AOP Interceptor能夠擴(kuò)展Bean的其他功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。在開放實(shí)驗(yàn)管理信息系統(tǒng)中，Spring作為業(yè)務(wù)邏輯控制層框架。

1.4 Hibernate框架

Hibernate是一種輕量級(jí)的處理數(shù)據(jù)持久層框架，通過封裝JDBC實(shí)現(xiàn)了實(shí)體對(duì)象與數(shù)據(jù)庫的映射關(guān)系，讓開發(fā)人員基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)理念去操作關(guān)系型數(shù)據(jù)庫[11]。Hibernate實(shí)現(xiàn)了透明和持久化，對(duì)象可以作為普通的JavaBeans或POJO，無需實(shí)現(xiàn)第三方框架或者接口。在開放實(shí)驗(yàn)管理信息系統(tǒng)中，Hibernate作為數(shù)據(jù)持久層框架[12-14]。

1.5 開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)架構(gòu)

開放實(shí)驗(yàn)管理信息系統(tǒng)基于SSH框架，在該框架基礎(chǔ)上融入了JQuery、Ajax、JSON、RMI、SSL等相關(guān)技術(shù)，提高了用戶體驗(yàn)和數(shù)據(jù)的安全性。開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)核心功能

高校開放實(shí)驗(yàn)室使學(xué)生具有一定的選題自由，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力；對(duì)于專業(yè)能力強(qiáng)的學(xué)生，還可以獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)[15]。高校開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)要對(duì)開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全方位管理，主要具有以下5項(xiàng)功能(見圖2)。

(1) 預(yù)約管理。學(xué)生通過系統(tǒng)預(yù)約開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)置，并確認(rèn)學(xué)生預(yù)約是否通過。

(2) 成績(jī)管理。實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，學(xué)生可通過系統(tǒng)查詢自己的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

(3) 門禁管理。開放實(shí)驗(yàn)室實(shí)行指紋管理，學(xué)生成功預(yù)約開放實(shí)驗(yàn)室后可通過指紋驗(yàn)證進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)教師可隨時(shí)查詢學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室情況。

(4) 設(shè)備管理。實(shí)驗(yàn)教師對(duì)開放實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和耗材使用情況進(jìn)行記錄，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行調(diào)撥。

(5) 系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理員發(fā)布開放實(shí)驗(yàn)相關(guān)公告或通知，并可對(duì)實(shí)驗(yàn)教師、學(xué)生權(quán)限進(jìn)行管理，系統(tǒng)管理員也可通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，以便于系統(tǒng)維護(hù)。

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

基于系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生用戶等3個(gè)群體進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)(見圖3)。

圖2 高校開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖3 高校開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

3 系統(tǒng)的分層實(shí)現(xiàn)

高校開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)開發(fā)和部署均在完全開源環(huán)境中完成，操作系統(tǒng)使用了Ubuntu 14，Web服務(wù)器采用Tomcat 8，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基于MySql 5開發(fā)，開發(fā)平臺(tái)為Eclipse 4和MyEclipse 6。

3.1 表示層

在系統(tǒng)表示層中，動(dòng)態(tài)信息采用Ajax技術(shù)操作，靜態(tài)信息使用HTML技術(shù)呈現(xiàn)，CSS和DIV技術(shù)用于信息定位，JQuery技術(shù)對(duì)用戶操作效果進(jìn)行了美化，數(shù)據(jù)驗(yàn)證用JavaScript和正則表達(dá)式實(shí)現(xiàn)。部分Ajax動(dòng)態(tài)信息操作代碼如下：

$.ajax({ url :″getLogRowCount″, type : ″post″, data : $(″#form″).serialize(), cache : true, success : function(attdata) { $(″#Pagination″).pagination(attdata, { items_per_page : 15, callback : pageselectCallback, }); $(″#info″).slideDown(″slow″); } });

3.2 控制層

在系統(tǒng)中使用Struts2作為系統(tǒng)控制器，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。請(qǐng)求被Struts2轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的Action中，由Action調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行處理，并將處理的結(jié)果以JSON格式返回至前臺(tái)Ajax中進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息顯示。系統(tǒng)在Struts2中還定義了多個(gè)攔截器，SecurityFilterChain用于數(shù)據(jù)安全過濾，EncryptionFilter實(shí)現(xiàn)信息加密、解密攔截。

3.3 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的主要功能，采用接口與實(shí)現(xiàn)分離的技術(shù)，減少類與類之間的耦合關(guān)系。接口定義系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)類提供具體邏輯。業(yè)務(wù)邏輯層基于Spring框架搭建，利用Spring的IOC容器整合表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問層，使用AOP實(shí)現(xiàn)DAO類的事務(wù)控制[16]。系統(tǒng)使用DI技術(shù)進(jìn)行組件之間的依賴管理，由容器動(dòng)態(tài)地將依賴關(guān)系注入目標(biāo)組件之中。權(quán)限功能接口代碼如下：

public interface AuthorityDao {

public Map selectGrantedAuthoritiesByDepid(int depid, Map grantedAuthorities); public Map selectAllAuthorities(); public void updateAuthority(int depid, List newauth);

}

權(quán)限功能實(shí)現(xiàn)的部分代碼如下：

@Component(″authorityDao″) public class AuthorityDaoImpl implements AuthorityDao {

private JdbcTemplate jdbcTemplate;

public Map selectAllAuthorities() {

......

3.4 數(shù)據(jù)持久層

持久層是把數(shù)據(jù)保存到可永久保存的存儲(chǔ)設(shè)備中，通過數(shù)據(jù)訪問模型對(duì)持久層對(duì)象進(jìn)行操作，將數(shù)據(jù)同步到數(shù)據(jù)層中。在高校開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)中，采用Hibernate框架實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)持久化，使用面向?qū)ο缶幊趟枷?OOP)對(duì)Mysql進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取操作。系統(tǒng)對(duì)Hibernate的hibernate.cfg.xml配置文件進(jìn)行配置，建立持久化對(duì)象與關(guān)系數(shù)據(jù)庫表之間映射關(guān)系，同時(shí)設(shè)置事務(wù)處理、JDBC連接、數(shù)據(jù)庫連接池等相關(guān)信息，確保Hibernate框架高性能運(yùn)行。

4 結(jié)束語

根據(jù)Web測(cè)試?yán)碚搶?duì)開放實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)進(jìn)行了功能測(cè)試、可用性測(cè)試、安全測(cè)試、加載測(cè)試等深度測(cè)試，將系統(tǒng)錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)消滅在研發(fā)階段，保證了系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。該系統(tǒng)經(jīng)過了半年的試運(yùn)行，有13 431人次學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行正常穩(wěn)定。該系統(tǒng)基于SSH框架，按層次進(jìn)行分離，當(dāng)某一層需求發(fā)生變化，只需修改該層相關(guān)代碼，對(duì)其他層不造成影響，從而有效地降低了系統(tǒng)的維護(hù)難度，提高了系統(tǒng)二次開發(fā)的效率。

References)

[1] 李振鍵,金軍,鄧慧云,等.實(shí)驗(yàn)室開放是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的有效途徑[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2004,21(2):1-4.

[2] 侯鳳才,張國華.高校實(shí)驗(yàn)室開放存在的問題與對(duì)策分析[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(1)：177-179.

[3] Palais J C, Javurek C G. The Arizona State University electrical engineering undergraduate open laboratory[J].IEEE Transactions on Education,1996,39(2):257-264.

[4] 陳先宇,李彥.開放型實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)上選課系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版,2008(2):133-134.

[5] 邢寶艷,門飛,張少龍.基于SSH框架技術(shù)的企業(yè)綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦：理論版，2012(1)：69.

[6] Yu Ping, Kostas Kontogiannis, Lau T C.Transforming legacy Web applications to the MVC architecture[C]//Software Technology and Engineering Practice,2003:133-142.

[7] 張桂元,賈燕楓.Struts開發(fā)入門與項(xiàng)目實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社,2000:35-96.

[8] 程顯生,郭艷光.基于Spring和Hibernate數(shù)據(jù)訪問技術(shù)研究與應(yīng)用[J].制動(dòng)業(yè)自動(dòng)化,2011,33(3):152-154.

[9] 丁振凡,吳根斌.基于Spring的網(wǎng)站文件安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2012(12)：179-182.

[10] Johnson R, Hoeller J. Expert One-on-One J2EE Development without EJB[M].Indiana:Wiley Publishing Inc,2004.

[11] 孫衛(wèi)琴.精通Hibernate:Java對(duì)象持久化技術(shù)詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005：1-35.

[12] 陳天和.Struts,Hibernate,Spring集成開發(fā)寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[13] Cohen T, Gil J. Aspect J2EE=AOP+J2EE Towards an Aspect Based, Programmable and Extensible Middleware Framework[C]//Proceedings of Object-oriented Programming, 2004:221-245..

[14] Johnson R. J2EE development frameworks[J].Computer,2005,38(1):107-110.

[15] 孟樂,黃寬,包紅霏.關(guān)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放的探討[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版,2006,9(3):279-281.

[16] 付更麗,曹寶香.SOA-SSH分層架構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2010,20(1)74-77.

Development and implementation of open laboratorymanagement information system

Luo Pinjie1, Wen He2

(1. Laboratory Management Center, Chengdu Neusoft University, Chengdu 611844, China;2. Department of Computer Science and Technology, Chengdu Neusoft University, Chengdu 611844, China)

In order to solve the difficulties in artificial management of the open laboratory in colleges and universities, the university open laboratory management mode and flow based on the information system are set up. The framework including Struts2, Spring, Hibernate is adopted to achieve the open laboratory management system in colleges and universities. A layered architecture of JEE5 is used to separate the presentation layer, control layer, business logic layer and data persistence layer to ensure that the system has good stability and maintainability.

open laboratory; SSH framework; information system

2014- 10- 29

教育部信息化教指委教學(xué)研究項(xiàng)目(2013LX028)

羅頻捷(1981—)，男，四川瀘州，碩士，高級(jí)工程師，實(shí)驗(yàn)管理中心主任，主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)管理和軟件工程.

TP391.0

A

1002-4956(2015)5- 0157- 04