基于Android的移動云投影系統架構設計

陸成茂 黃淳嵐 楊曉慧 盧翰霖 徐彬 金海潮 樂光學

摘要：移動云投影系統采用三層體系結構，MVP開發模式，設有客戶端、服務端和管理端；主要業務有兩種：一是客戶端將數據發送到服務端，二是客戶端向后臺發送請求，由后臺服務器向服務端推送數據。該文通過介紹系統的各個組成結構及其業務流程，以及相關技術的應用，講述整個系統的架構設計。

關鍵詞：三層體系結構；MVC框架；無線投屏；Android應用架構

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）10-0062-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Architecture Dsign of Wireless Screen Switching System Based on Android

LU Cheng-mao1，HUANG Chun-lan1，YANG Xiao-hui2，LU Han-lin1，XU Bin1，JIN Hai-chao1，YUE Guang-xue1

（1. Jiaxing University， Jiaxing 314001， China； 2. School of Science， Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000， China）

Abstract： Mobile cloud projection system adopts three-layer architecture， MVP development mode， with client， server and management end； There are two main businesses： one is that the client sends data to the server； the other is that the client sends a request to the background， and the background server pushes data to the server. This paper introduces the structure of the system and its business process， and the application of related technology， the architecture design of the whole system.

Key words： three tier C/S structure； MVC framework； wireless projection screen； Android application architecture

1 概述

Android操作系統的源代碼是半開放的，主要嵌入于移動設備，如智能手機和平板電腦等。它的內核屬于Linux內核的一個分支，是Andy Rubin最先開始進行開發的，最開始主要是支持手機[1]。

移動互聯網發展快速，微處理器技術也是發展迅猛。安卓手機在性能上逐年接近PC機，智能手機的功能逐步多樣化，不再僅是用來進行普通的語音通話和短信發送，已經更多的應用于娛樂和一些辦公場合。如音視頻通訊、移動支付、移動監控等逐漸進入民眾，給人們的生活帶來不可替代的便捷應用。

移動應用滿足著人們的衣食住行等各個方面，給人們提供了很大的便利。本文是主要對“移動云投影系統”的基本架構及其系統的規劃與分析進行闡述。

2 架構

2.1 MVC開發模式

MVC的M代表模型，V代表視圖，C代表控制器，它們三個的組合——是一種業務邏輯、數據、可視界面分離的組織代碼的方法，將業務邏輯集中到組合的三個部件中的一個里面，在進行優化或者用戶的個性化定制時，就不需要再重新編寫一個新的業務邏輯，且一個模型可以對應多個可視界面[2-4]。MVC框架如圖1所示。

MVC的設計思想，是不同的部件擁有不同的職責，各部件各司其職，將數據、可視界面的顯示與控制互相獨立，簡化代碼，提高復用，降低維護成本，提高開發者的UI設計開發效率。

Model包括了程序的業務規則、業務邏輯、還有數據等，用于保存實例數據。Model數據模型是JavaBean實體類，可以用一個實體類來表示客觀世界中具有相同屬性的事物。如一只小狗，通過定義和實例化Dog類表示。狗擁有的技能如進食、奔跑、伸舌頭等就是類的方法，通過業務邏輯來編寫。

View就是用戶所看到的可進行操作的界面，視圖界面，就是model數據模型的具體表現形式。它的主要任務是向用戶展示數據以及接受用戶的輸入，因為在實際運營過程中，用戶通常是看不到Model部分的。用戶只能看到開發人員想讓他們看到的內容，通過view向用戶展示和交互。

Controller是MVC中的核心部分，是溝通model和View的橋梁。視圖界面和數據實例的更新都是依靠Controller控制和調度，因為Model和View之間不能直接通信，在應用程序需要完成一個業務時，它們又必須要合作共同才能完成。于是，Controller就作為控制者，決定使用哪些model，并進行什么操作，該為view準備什么數據等。

2.2 MVP開發模式

MVP是一種軟件框架級的設計架構，是從MVC開發模式演變而來。MVP為每個視圖view定義抽象接口，再用這些接口標識視圖view所支持的model。邏輯上等效的視圖，在所有平臺上擁有相同的接口，表示器通過這些接口與視圖view進行交互[5]。

在MVC模式中，Activity作為安卓開發的核心組件，不僅承擔視圖View，同時也有Controller控制器的內容，這無疑是增加了代碼的耦合度。當項目發展到一定程度，MVC開發模式的項目，開發和維護會變得麻煩。而在MVP模式中，因為Activity的UI邏輯被抽象成了View接口，業務邏輯抽象成了Presenter接口。View接口和Presenter接口的設計簡化了Activity的工作，降低耦合度，方便進行單元測試，同時因為后臺線程對Activity的引用而導致的“Activity的資源無法被系統回收，發生內存泄露的問題也能得到規避。

3 系統規劃與分析

3.1 系統架構規劃

移動云投影系統采用三層C/S的軟件系統體系結構，所有安卓設備連接上同一無線AP，無線AP作為交互橋梁，聯合構成局域網的通信結構，保證文件傳輸的速度。通過對數據流的處理，將安卓手機的屏幕顯示內容同步繪制到投影儀的屏幕上，達到實時同屏的效果[6-7]。

系統以Pad平板電腦為管理端，以手機等移動終端為用戶端，投影儀為服務端，使用無線WiFi連接技術，將用戶端當前屏幕顯示的信息（如演示的PPT、照片、視頻等）同步傳輸到投影儀，投影儀再將其進行投影，實現實時投屏展示。

系統的主要功能為屏幕分享和廣告投放，分別對應了系統的兩種使用模式：多用戶單投屏和單用戶多投屏。管理端可以管理和查看其在投影儀投放的音視頻在各個投影儀上的投放實況。

業務流程：①多用戶單投屏；②單用戶多投屏。

①賬戶登錄-選擇業務-屏幕分享-輸入正確密鑰-進入會議間-請求投影-獲取管理員同意-開始投影-結束投影

②賬戶登錄-選擇業務-廣告投放-添加廣告-瀏覽文件-選擇文件類型-選擇單次時長（若是視頻選擇視頻播放的開始時間到結束時間）-選擇投影儀-備注-完成添加-開始投放。

在實現移動終端和投影儀進行一對一的信息交互時，提供藍牙和WiFi兩種連接模式，以便移動終端和投影儀在無網絡環境下進行信息交互展。

3.2 多用戶單投屏模式

由作為系統服務端的智能投影儀打開socket服務端口，管理員——Pad使用管理口令連接智能投影儀，用戶——智能手機通過用戶口令連接智能投影儀，用戶向Pad發出投屏請求，Pad同意后，手機開始向智能投影儀傳輸屏幕信息數據流，投影儀接收并同步播放，以達到同屏效果，如圖2所示。

3.3 單用戶多投屏模式

智能投影儀打開服務端口，用戶通過口令驗證連接相應的智能投影儀，智能手機向智能投影儀傳輸影音文件，智能投影儀就收文件后，若無特定情況按照預先設置好的算法進行先排序后循環播放，特殊情況下管理端pad也可以任意改變播放順序，以達到用戶需求。如圖3所示。

通過Android 的File類，智能手機向投影儀傳輸文件，從安卓投影儀上獲取到本地的存儲空間，達到文件傳輸的效果。投影儀再使用播放器解碼播放，達到廣告投放的效果[8]。

4 緩沖機制

圖像數據緩沖采用雙緩存的機制。在投影儀端的程序上設置兩個緩沖區，接收來自智能手機端的影音文件。雙緩沖是一種良好的能夠防止動畫閃爍的緩沖機制，同時是一種多線程應用。其實很簡單，就是在主線程外另開一條線程，用于繪制當前幀的后一幀圖像即可，在獨立的幀緩存空間中繪圖不會影響到當前播放的幀。

雙緩沖技術的使用，以及多線程的應用可以提高動畫的流暢度，對于改善播放效果非常有用。這樣，在雙緩沖和多線程結合使用下，系統的投影儀端可以一邊接收用戶傳輸過去的圖像數據，一邊播放幀緩沖區A中畫好的圖像的同時，在幀緩沖區B中繪制下一張要播放的圖像，這樣可以避免重畫造成的閃爍，在前后兩張圖的切換上幾乎沒有延時，使用戶完全感覺不到畫面切換 [9]。

5 服務器與邏輯處理

建立后臺服務器，使系統能夠在遠程的情況下投放廣告，同時擴展系統的業務邏輯處理能力。系統服務器采用分布式服務器，應用程序、數據庫、文件三者得以運行。此處也根據情況而定，系統用戶較少時，用一個服務器將三者包括。

文件服務器需要存儲用戶上傳的內容，需要較大的存儲空間，隨著用戶增多，數據庫的存儲空間不足，就會出現用戶訪問受到影響的情況，此時進行應用服務和數據服務器分離。如圖4所示。

系統用戶增多后，服務器就需要具備更強的業務邏輯處理能力，保證業務處理的響應速度；面對逐步增多數據的處理，普通的服務器沒辦法及時處理眾多請求應答，故引出邏輯服務器。

在一臺代理服務器后面掛N臺邏輯服務器，因為所有的用戶請求只需要針對代理服務器，并不關心其具體的工作流程；代理服務器把請求消息負載到不同的邏輯處理區上進行處理，待邏輯處理器完成后，將結果返回給代理服務器，再由代理服務器返回處理結果給用戶，這樣就可以達到邏輯服務器的應用效果[10]。

發展到了一定程度，由于用戶數量大，操作消息多，此時還需設置一個消息路由關系，消息路由可以將信息劃分為不同類型的信息，發送給不同的邏輯服務器上，減少時間上的浪費，使得消息處理更加靈活，同時為了使得信息不丟失，使用邏輯服務器共享信息。

6 結束語

移動云投影系統運用了安卓、Java、無線WLAN技術及Android Studio軟件的應用開發。開發出來的系統基本上實現了手機WiFi文件傳輸、文字通訊、屏幕共享等功能。MVP開發模式降低了各部件間的耦合度，增強了代碼的可測試性，雖然對于小型程序而言，開發成本有所提高，但同時也提高了應用程序的可擴展性，為后續的再開發留下了足夠的空間和良好的重塑基礎。

參考文獻：

[1] 胡偉. Android系統架構及其驅動研究[J]. 廣州廣播電視大學學報， 2010， 10（4）：96-101.

[2] 高昂， 魏惠茹， 李曉東， et al. MVC設計模式研究[J]. 電腦知識與技術， 2016， 12（1）：88-89.

[3] 劉娜， 劉如起. MVC模式在Android開發上的應用研究[J]. 山東工業技術， 2017（3）：137-137.

[4] 劉姝君， 左樂. MVC模式下的應用軟件開發框架初探[J]. 通訊世界， 2017（5）：281-282.

[5] 王念橋. 應用MVP模式改進軟件架構[J]. 計算機時代， 2012（4）：37-38.

[6] 徐鵬. 基于Socket的無線數據傳輸的驅動程序設計與實現[J]. 電腦知識與技術：學術交流， 2018（2Z）：105-109.

[7] 何文彥. 基于Android的屏幕分享控制系統的研究[D]. 西安：西安工業大學，2016.

[8] 尹揆. 投影廣告系統的設計與實現[D]. 北京：北京交通大學， 2013.

[9] 曾麒. MFC中雙緩沖處理貼圖閃屏問題[J]. 科技信息， 2011（3）：68-68.

[10] 陳杰.服務器端分布式存儲與負載均衡算法[D]. 廣州：廣東工業大學， 2016.

【通聯編輯：謝媛媛】