5G時代下“合格父母”資格認證學習平臺的設計與實現

張代釗 王東 王強 萬佳欣 熊林 周輝

摘要：家庭是孩子最直接受教育的地方，父母需要懂得深厚的知識和道理來為孩子的前程掌好舵，準父母有必要獲得“合格父母”上崗證。該文旨在設計與實現了一個專為父母人群提供付費視頻學習、試題測驗等能幫助其獲得“合格父母”認證的學習平臺。該平臺前端使用Vue.js搭建，后端使用Spring Boot+Spring Cloud+Mybatis-Plus等技術進行開發，從系統調試和試運行情況看，平臺具有實用、可維護、可分布式部署等優勢。

關鍵詞：SpringCloud;微服務架構;Vue;大數據;準父母

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0001-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 背景

隨著信息化、數字化時代的到來，網絡應用已觸及生活的每個角落，為人類的生活帶來了很多便利。與此同時，人們也更容易接觸到網絡中的不良信息。尤其是小孩，他們會更加容易受到網絡不良信息的影響，因此，這個時代的父母對孩子的成長引導顯得比以往更加重要。然而，年輕的父母們往往是缺乏育兒經驗的，如果不具備教育孩子的相應知識就結婚生子，必然會對孩子的健康成長產生不利影響。因此，該文設計和實現了一個5G時代下“合格父母”資格認證學習平臺，為準父母人群提供全面的育兒課程推薦、視頻課程教學、習題練習、教育經驗分享和討論服務;也為擁有豐富教育經驗的講師，提供一個可發布付費視頻從中獲取利益的平臺。該平臺的建立和應用，必將提升準父母人群在家庭教育方面的素養，促進未成年人的健康發展。接下來，該文將從需求分析、系統設計、系統實現幾方面對平臺的設計與實現過程進行詳細討論。

2 需求分析

2.1 前臺功能需求

用戶未登錄時，是以游客的視角進行網站的訪問，可以簡單地瀏覽網站首頁的相關信息，比如廣告信息、熱門課程信息、熱門講師信息等。在課程列表，用戶可以通過設置類別、瀏覽數、購買人數、收藏數等參數來對課程進行查看，或直接在搜索欄搜索查找;在講師列表，可以通過設置瀏覽數、關注數等參數進行查看。點擊課程封面或講師頭像可進入對應的詳情頁面，包含了該課程的簡介、課程大綱、評論或者該講師的教育經歷、教育資質和創作的視頻等信息。

用戶在通過驗證并登錄該平臺后，成為該平臺的正式用戶，擁有了前臺全部功能的使用權限。在游客原有的前臺操作權限的基礎上，可以在課程的詳情頁中進行評論、收藏、購買、視頻學習、題庫練習等操作;在講師的詳情頁中進行私信、關注等操作。正式用戶有個人中心模塊的操作權限，可以修改個人基本信息、查看關注列表、查看購買課程列表、申請加入講師、回復他人私信等。

2.2 后臺管理功能需求

講師需要擁有以下權限：1）可以對自己創建的課程進行查看、添加、修改和刪除等操作;2）可以對自己每個課程對應的題庫進行查看、添加、修改和刪除等操作。

管理員需要擁有以下權限：1）可以對正式用戶提出的講師申請和講師發布的視頻進行審核的操作;2）可以對課程進行查看、添加、修改、上架和下架等操作;3）可以查看、添加、修改、刪除課程分類。4）可以對課程對應的題庫進行查看、添加、修改、刪除等操作;5）可以添加、修改、查看、刪除講師賬號信息等操作;6）可以對前臺頁面的廣告、熱門課程和熱門講師等信息的修改。

超級管理員擁有管理員的全部操作權限，除此之外還需要擁有以下權限：1）可以對系統的管理員賬號進行添加、刪除等管理操作;2）可以對管理員賬號添加后臺操作權限、刪除后臺操作權限等操作。

系統由準父母用戶、講師、管理員、超級管理員四種角色共同參與系統的操作。角色用例圖如圖1所示。

3 系統設計

3.1 系統功能結構設計

系統主要分為前臺顯示和后臺管理兩大模塊。前臺系統的功能模塊主要有首頁信息、課程信息、講師信息、練習題信息、登錄注冊、個人中心等;后臺管理系統的功能模塊主要有權限管理、講師管理、課程管理、題庫管理、廣告管理等。系統的功能結構如圖2所示。

3.2 數據庫設計

根據功能的需求分析，該系統使用MySQL關系型數據庫來對大多數表和字段進行設計，使用MongoDB非關系型數據庫來對題庫進行表和字段的設計。在設計數據庫表的字段長度時，需要根據實際需求對表中的字段長度進行設置，要充分考慮各個字段的長度，尤其是數字類型字段和文本類型的字段[1]。在數據庫設計過程中，確定合適的外鍵和主鍵尤為重要，主鍵是每個表的唯一標識，表與表之間采用外鍵進行聯系[2]。系統數據庫中主要表包括：用戶信息表、講師表、課程表、課程類別表、章節表、訂單表、題庫表、父評論表、子評論表、視頻表、權限表等。部分數據表之間的關系如圖3所示。

4 系統實現

4.1 系統關鍵技術

該系統采用B/S結構，前端的前臺頁面采用基于Vue.js的Nuxt.js框架，該前端框架有強大的模塊化體系結構;前端的后臺頁面則采用Vue+ElementUI框架，是一個美觀、方便的后臺管理框架。后端是基于Java實現微服務開發的主流框架Spring Cloud+Spring Boot，Spring Cloud是一系列框架的集合;其中的服務注冊發現、服務日志、負載均衡、請求限流、服務容錯與服務配置等功能[3]，都可以基于Spring Boot框架的開發特性去實現簡單啟用和部署。數據庫使用MySQL關系型數據庫、Redis和MongoDB非關系型數據庫來進行數據的存儲。為了應對大數據時代的到來，部分課程數據上傳到HDFS分布式文件系統，以便后續Hadoop集群進行MapReduce任務的數據處理與分析。最后選取MyBatis-Plus框架作為主要的持久層的框架[4]。

4.2 系統主要模塊實現

5G時代下“合格父母”資格認證學習平臺系統采用Spring Cloud+MySQL+Redis+MongoDB+Hadoop的微服務架構方式進行搭建。每個服務都會通過Spring Cloud Feign，使用HTTP協議進行遠程服務的請求和調用，用戶的請求由Spring Cloud Ribbon組件來實現負載平衡。當前端進行服務接口的請求時，由Gateway網關為微服務架構提供簡單、有效且統一的API路由管理方式[5]。在分布式系統中部署的服務，由Spring Cloud Hystrix來提供服務隔離、故障恢復等容錯功能;最后采用 Nacos 作為服務發現和配置中心的微服務管理平臺，完成項目簡單的配置和維護。

根據業務需求和系統具體實現，系統分為八個微服務，分別是權限服務、課程講師服務、題庫服務、郵件服務、訂單服務、用戶服務、視頻存儲服務和圖像存儲服務。每個模塊的功能由單個或多個服務的調用來實現。系統中每個模塊都按照高內聚，低耦合的思想，使系統擁有高度可擴展性[6]。由于篇幅限制，只介紹該平臺具有代表性的三個模塊的實現。

1）注冊登錄模塊

游客用戶想要獲取前臺更多的操作權限，必須進行正式用戶的注冊與登錄。在用戶注冊頁面，調用郵件服務，由spring-boot-starter-mail實現發送注冊驗證碼的功能;后端使用Redis緩存存儲注冊驗證碼，來對用戶的注冊提交進行計時驗證。

登錄則采用SSO單點登錄，一處登錄處處登錄。登錄成功后，后端會按照規則由登錄的用戶信息加密生成一串Token字符串，把該Token字符串以鍵值對的方式存入Redis，并將Token字符串返回給前端，在前端獲取到該字符串后立刻存入Cookie;當進入其他需要用戶驗證的模塊時，直接從Cookie中取出Token字符串，然后調用后端對應的接口，根據Token值獲取用戶信息來實現用戶驗證及登錄，如果在Redis中沒有查詢到該Token值或者時間失效，就返回給前端驗證失敗的信息，強制其重新回到登錄頁面進行登錄。具體實現流程如圖4所示。

2）課程管理模塊

課程管理模塊主要實現了對課程分類、課程詳情、課程章節、課程列表的管理。

①在添加新的課程分類時，由后端的MultipartFile對象實現Excel文件的上傳，使用阿里巴巴開源的EasyExcel工具來進行文件信息的讀取和存儲。Easy Excel工具對數據進行按行讀取，逐個分析，這種讀取數據的方式造就了Easy Excel使用簡單、節省內存的特點，是excel數據處理得力助手[7]。這種特性使程序開發更加簡單方便。

②課程詳情中包含課程標題、課程分類、課程講師、總課時、課程簡介和課程封面等信息，課程的添加和修改都由同一頁面進行數據顯示，修改操作時的數據回顯，由前端的路由進行判斷。對于課程封面圖片的存儲，需要調用圖像存儲微服務的接口，使用阿里云OSS云存儲來進行保存，解決了大數據存儲與擴展的難題。為了課程簡介內容顯示出更多豐富的格式，前端使用Tinymce可視化HTML編輯器，該富文本編輯器樣式好看、插件多、滿足本系統的各種基本編輯顯示需求。

③課程章節中，實現了對章節、小節的insert、update和delete操作。每小節包含課時標題、課時排序、是否免費、視頻等信息;調用視頻存儲微服務下的接口，由阿里云提供的視頻點播服務來實現視頻云存儲。

④課程列表中，為管理員或講師分頁展示了課程信息，實現了對course課程表的select、insert、update和delete操作。可根據課程名稱、課程狀態、課程添加時間來進行課程的排序查詢，方便管理員和講師對課程進行管理。當刪除課程時，和課程表相關聯的chapter章節表、comment_son評論子表、comment_father評論父表等，需根據外鍵course_id字段進行相關信息的刪除。

3）課程信息模塊

課程信息模塊主要實現了課程搜索、課程評論、課程播放、課程購買等功能。

①在前臺課程展示列表中，課程共有兩個類別，第一分類是準父親的職業類別，第二分類是準母親的職業類別。用戶可根據自身需求點擊課程分類的進行查看;或者點擊最新上架、銷量、價格按鈕對課程進行排序查看，后端則根據前端操作對應的gmt_create、buy_count、price字段在course課程表進行SQL語句的查詢篩選，最后分頁顯示出每個課程的封面、課程名、學習人數、評論數等信息。由于現在處于5G大數據時代，大數據技術的使用是必不可少的，課程搜索推薦功能由Hadoop集群實現，進行大數據集的處理與分析。當用戶根據關鍵字進行課程搜索時，后臺調用接口并提交MapReduce任務，從HDFS分布式文件系統讀取備份的課程簡介和標題等數據信息，用MapReduce實現TF-IDF算法進行大數據集的數據挖掘，挖掘出與用戶搜索關聯度高的課程對其進行推薦。

②在課程詳情頁，可以瀏覽其他用戶或講師對該課程的評論、回復。在每個子級評論表中，會包含該評論最外層的評論的id、評論用戶的id、被評論的評論id等信息，其中把被評論的評論id作為外鍵，使每個評論之間具有從屬關系，在子級評論區根據評論用戶昵稱、被評論用戶的昵稱和評論的時間來區分每個評論間的回復關系。

③在課程詳情頁，每節課程是否收費由講師來設置，用戶可點擊免費視頻或者購買的課程視頻進行視頻播放學習。在阿里云提供的視頻點播服務對應的aliyuncs包中，后端根據用戶點擊的視頻id，調用視頻存儲微服務下的接口，創建獲取視頻憑證的DefaultAcsClient請求對象和GetVideoPlayAuthResponse請求返回對象，最后返回給前端一個視頻播放憑證碼。前端使用ApsaraVideo Player SDK阿里云播放器對視頻進行加密播放、安全下載、清晰度切換等功能操作，為用戶提供簡單、快速、安全、穩定的視頻播放服務[8]。

④用戶可購買自己想學習的視頻，購買后可解鎖視頻播放和習題練習等相關功能。當用戶點擊課程購買，后端會根據課程id和保存在Cookie中的用戶Token值生成唯一訂單并插入訂單表，在用戶確認訂單信息后，使用vue-cli腳手架的vue-qriously組件來根據訂單信息生成購買二維碼，同時前端設置計時器，每3秒對訂單微服務發起請求，查詢該訂單狀態是否已支付，支付成功后銷毀計時器并跳轉到課程視頻播放頁面。

5 結束語

該文設計并實現了一個5G時代下“合格父母”資格認證學習平臺，該平臺為準父母用戶提供了視頻學習、習題練習、評論互動等服務，目的是幫助其獲得更多優質的家庭教育知識;也為擁有豐富未成年人教育經驗和政治思想教育經驗的視頻創作者提供一個可以投稿付費視頻的平臺。目前平臺已按預定需求完成設計與開發，但仍有許多不足的地方需要完善，下一步重點是充實平臺的內容和資源。

參考文獻：

[1] 鄭開濤.農產品質量安全追溯多方平臺的研究與設計[D].北京：中國農業科學院，2018.

[2] 彭榮坤.電動汽車無線充電信息監控與管理軟件系統設計[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2020.

[3] 馮志勇，徐硯偉，薛霄，等.微服務技術發展的現狀與展望[J].計算機研究與發展，2020，57（5）：1103-1122.

[4] 洪柏樺，毛文琪，瞿少成.一種基于微服務架構的在線教育平臺設計與實現[J].電腦知識與技術，2021，17（4）：10-12.

[5] 張斌，任富彬，沈煒.基于SpringCloud的食品安全溯源系統的設計與實現[J].軟件工程，2019，22（8）：27-30.

[6] 馬文藝，徐文欣.微服務架構Saa S多租戶校園管理平臺[J].電子世界，2021（10）：150-151.

[7] 趙守才，楊校慶.基于SSM的線上考試系統[J].電子技術與軟件工程，2021（3）：220-221.

[8] 陳思慧.多校區間網絡視頻直播系統解決方案[J].現代計算機，2013（16）：65-69.

【通聯編輯：謝媛媛】