（计算机应用技术专业论文）基于中间件的分布式系统开发过程的研究.pdf

摘要随着计算机技术不断发展及企业对计算成本的不断要求，计算机应用系统由集中式向分布式计算机发展。软件的体系结构也从传统的c s 模式转向了三层c s 结构，也就是在客户层和服务器层之间添加一个中间层。引入三层c s 结构以构建分布式应用程序具有十分重要的意义。该结构中有三个逻辑层：客户层、业务逻辑层和数据服务层。在构建这三层结构时，关键是业务逻辑层的设计，而业务逻辑层的关键技术就在于中间件的构建。基于中间件技术的分布式应用程序，在系统的可重用性、可维护性方面将具有良好的性能。在基于传统c s 结构的汽车客运站及票务联网调度系统中，站务管理信息系统中的用户接口、思想方法、数据存储等都已无法适应当前的需求。针对这一主要问题，本文对于基于中间件的分布式系统开发过程加以研究，对原有的售票系统提出分布式解决方案，采用分布式数据库技术实现多站点联网售票与调度。主要内容包括开发设计符合e j b 2 0 规范的本地业务代理和中心业务代理会话b e a n ，通过应用服务器实现分布式事务处理，将新旧系统通过标准数据交换平台连接成一个统一的整体。关键词：中间件，分布式系统，三层体系结构，e j ba b s t r a c ta l o n gw i t ht h ed e v e l o p i n gc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dt h er e q u e s to fe n t e r p r i s ec a l c u l a t i n gc o s t , m o r ea n dm o r ec o m p u t e ra p p l i c a t i o ns y s t e mh a sa p p l i e dt h ed i s t r i b u t e dc o m p u t e rs y s t e m t h es o f t w a r es y s t e ms t r u c t u r ea l s oh a sc h a n g e df r o mt h et r a d i t i o n a lc sp a t t e r nt ot h et h r e e l a y e rc ss t r u c t u r e ，w h i c hi s ，i n c r e a s i n ga ni n t e r m e d i a t el e v e lb e t w e e nt h ec l i e n ta n dt h es e r v e r i n t r o d u c i n gt h r e e l a y e rc ss t r u c t u r et oc o n s t r u c tt h ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o nh a se x t r e m e l yv i t a ls i g n i f i c a n c e t h e r ea r et h r e el o g i c a ll a y e r si nt h es t r u c t u r e ：c l i e n t , s e r v i c el o g i ca n dd a t as e r v i c e 。t oc o n s t r u c tt h i st h r e e l a y e rs t r u c t u r e ，t h ek e yi st od e s i g nt h es e r v i c el o g i c ，a n dt h ee s s e n t i a lt e c h n o l o g yl i e si nt h em i d d l e w a r ec o n s t r u c t i n g a p p l i c a t i o n sb a s e do nt h ed i s t r i b u t e dm i d d l e w a r et e c h n o l o g yw o u l dh a sg o o dp e r f o r m a n c eo nt h er e u s ea n dt h em a i n t a i n a n c eo ft h es y s t e m a st h eo l dt i c k e tn e t w o r k i n gd i s p a t c hs y s t e mw a sb a s e do nt h et r a d i t i o n a lc ss t r u c t u r e ，t h eu s e ri n t e r f a c e ，t h em e t h o da n dt h ed a t as t o r a g ei nt h es t a t i o ns e r v i c em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mh a sa l lb e e nu n a b l et oa d a p tt h ec u r r e n td e m a n d i nv i e wo ft h i s ，b a s e do nr e s e a r c h i n go nt h ed i s t r i b u t e dm i d d l e w a r es y s t e mp e r f o r m a n c e ，t h i sp a p e rp r o p o s e st h ed i s t r i b u t i o n a ls o l u t i o nt ot h eo r i g i n a lb o o k i n gs y s t e m ，u s e st h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s et e c h n o l o g yt or e a l i z et h em u l t i s t a n d sn e t w o r k i n gb o o k i n ga n dd i s p a t c h i n g t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ：d e s i g n i n gs e s s i o nb e a n so ft h el o c a ls e r v i c ep r o x ya n dt h ec e n t r a ls e r v i c ep r o x yc o n f o r mt ot h ee j b 2 0s t a n d a r d ，r e a l i z i n gt h ed i s p o s a lo fd i s t r i b u t e dt r a n s a c t i o nb yt h ea p p l i c a t i o ns e r v e rt ou n i f i e dt h en e ws y s t e ma n do l ds y s t e mt h r o u g ht h es t a n d a r dd a t at r a n s f e rp l a t f o r m k e yw o r d s ：m i d d l e w a r e ，d i s t r i b u t e dc o m p u t e rs y s t e m ，t h r e e l a y e rs y s t e ms t r u c t u r e ，e j b原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：睦! 垄日期：且年羔月竺日关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者躲监导师签稍期：止血旦日中南大学硕上学位论文第一章绪论1 1 研究背景第一章绪论计算机技术迅速发展。从硬件技术看，c p u 速度越来越高，处理能力越来越强；从软件技术看，应用程序的规模不断扩大，特别是i n t e m e t 及w w w 的出现，使计算机的应用范围更为广阔，许多应用程序需在网络环境的异构平台上运行。这一切都对新一代的软件开发提出了新的需求。在这种分布异构环境中，通常存在多种硬件系统平台( 如p c ，工作站，小型机等) ，在这些硬件平台上又存在各种各样的系统软件，如不同的操作系统、数据库、语言编译器等，以及多种风格各异的用户界面，这些硬件系统平台还可能采用不同的网络协议和网络体系结构连接。如何把这些系统集成起来并开发新的应用是一个非常现实而困难的问题。随着计算机技术的不断发展，企业的信息系统和以往相比，也有了巨大的进步。企业级的应用不再满足于单机系统和简单的客户服务器系统，而是向着三层和多层体系结构的分布式环境不断迈进。其实，计算机界很久以前就有用分布式构件集成处于分布式环境中的各种应用系统的想法，但一直未能真正实现，其中的一个主要原因是分布式中间件技术标准的缺乏。分布式系统是构件( c o m p o n e n t ) 分布在网络计算机上且通过消息传递进行通信和动作协调的系统。分布式系统的主要特征有三方面：第一，构件的并发性。在一个计算机网络中，程序并发执行是常见的行为。用户可以在各自的计算机上工作，在必要时共享文件等资源。系统处理共享资源的能力应该随着网络资源的增加而增加。第二是分布式系统缺乏全局时钟。在程序需要协作时，它们通过交换消息来协调它们的动作。紧密的协调经常依赖于对程序动作发生时间的共识，但是，事实证明网络上计算机同步时钟的准确性会受到限制，即没有一个正确时间的全局概念。这是通过网络发送消息作为惟一的通信方式这一事实带来的直接结果。第三，故障独立性，所有的计算机系统都可能发生故障，分布式系统中计算机的故障或系统中程序的异常终止并不能马上被与之通信的其他构件感知。基于上述特点，在设计分布式系统时应该仔细考虑在设计中出现的问题。如异构性、开放性、安全性、可伸缩性、故障处理，并发性及透明性等。异构性是指分布式系统必须基于多种不同的网络、操作系统、计算机硬件和编程语言构造，这些系统均有异构性，即相互有区别。中间件( m i d d l e w a r e ) 提供了一个编程抽象以及对底层网络、硬件、操作系统和编程语言异构性的屏蔽。当今主流的分布式应用系统都是建立在中间件的基础上，主要是为了更好地开发中南大学硕士学位论文第一章绪论和应用能够运行异构平台上的软件。随着中间件在大型应用系统中的日益普及，技术和应用的发展已使中间件成为分布式应用的基础设施，成为政府部门、银行、证券、保险、电力、电信、交通与军事等关键性网络分布应用的不可或缺的要素。中间件能够解决网络分布计算环境中多种异构数据资源的互联共享问题，实现多种应用软件的协同工作，是网络分布式应用软件的网络“操作系统”。除了解决异构性的问题，中间件还为服务器和分布式应用的编程人员提供了一致的计算机模型。可能的模型包括远程对象调用、远程事件通知、远程s q l 访问和分布式事务处理。此外，利用中问件还可以大幅地提高应用软件系统的开发效率，增强系统的稳定性，使系统的维护管理工作更为简易，使系统的可伸缩性和可扩展性更为理想，以便充分保护用户投资。1 2 国内外的研究现状在中间件产生以前，应用软件直接使用操作系统、网络协议和数据库等开发，这些都是计算机最底层的东西，越底层越复杂，开发者不得不面i 临许多很棘手的问题，如操作系统的多样性，繁杂的网络程序设计、管理，复杂多变的网络环境，数据分散处理带来的不一致性问题、性能和效率、安全，等等。这些与用户的业务没有直接关系，但又必须解决，耗费了大量有限的时问和精力。于是，有人提出能不能将应用软件所要面l 隘的共性问题进行提炼、抽象，在操作系统之上再形成一个可复用的部分，供成千上万的应用软件重复使用。这一技术思想最终构成了中间件这类的软件【1 1 。为解决分布异构问题，人们提出了中间件的概念。最早具有中间件技术思想及功能的软件是i b m 的客户信息控制系统( c l i e n ti n f o r m a t i o nc o n t r o ls y s t e m ，c i c s ) ，但由于c i c s 不是分布式环境的产物，因此人们一般把t u x e d o 作为第一个严格意义上的中间件产品。t u x e d o 是1 9 8 4 年在当时属于贝尔实验室开发完成的，但由于分布式处理当时并没有在商业应用上获得像今天一样的成功，t u x e d o 在很长一段时期里只是实验室产品。所以，尽管中间件的概念很早就已经产生，但中间件技术的广泛运用却是在最近1 0 年之中。b e a 公司1 9 9 5 年成立后收购t u x e d o 才成为一个真正的中间件厂商，i b m的中间件m q s e r i e s 也是9 0 年代的产品，其它许多中间件产品也都是最近几年才成熟起来。中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通讯。中间件是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。顾名思义，中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间。中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。中间件的工作机制为【2 】：当客户端2中南大学硕士学位论文第一章绪论的应用程序需要调用分布式环境下某个服务器的数据或服务时，中间件系统负责接收客户端的请求，查找数据源或服务，并建立相应服务或数据同相应服务器之间的对应关系。可以说，中间件是一种通用的翻译器和数据定位器，利用它不论在何种平台上，用户都可以在企业范围内定位、访问、操纵和移动数据，而无须深入地了解企业信息系统和网络的复杂性。分布式中间件是实现分布式系统的重要途径 3 1 ，而面向对象的分析方法是当今软件开发的主要方法。面向对象的中间件是对象技术和分布式计算发展的产物，面向对象将是今后中间件发展的主流方向，它提供一种通讯机制，透明地在异构的分布计算环境中传递对象请求，而这些对象可以位于本地或者远程机器。所以，分布式对象中间件成为一个主要的发展方向【4 】。本课题采用的基于s u n 公司的j a v a 2 e n t e r p r i s ee d i t i o n ( j 2 e e ) 即j a v a 2 企业平台p l ，是一种用来开发布式企业软件应用系统的平台，它为开发分布式的、针对服务器的应用系统提供了一种统一的技术平台。而j 2 e e 网络技术也是目前使用最广泛的w e b 应用开发技术【6 l ，它为多层w e b 应用系统提供了容器平台。目前国内外有不少厂商都开发出自己的中间件产品，其中有全球最大的独立中间件厂商b e a 公司，还有像i b m 、o r a c l e 和m i c r o s o f t 、h p 、s u n 等大厂商也早已涉足电子商务中间件。其中，面向对象中间件产品已经形成了两大标准，一是微软的c o m ，一是s u n 的k 1 b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ) 。随着网络的普及，中间件正在成为软件行业新的经济增长点。近年来，从全球到中国，中间件产业化速度发展很快，已与操作系统、数据库并列为三大基础软件，中国软件产业也由于中间件产业的带动而从应用软件开发扩展到基础软件领域。进入2 0 0 6 年，国际中间件市场增长日益平稳，中国中间件市场发展形势喜人，年均增长率超过2 0 ，成为国际中间件市场为数不多的亮点。赛迪咨询顾问公司发布的( 2 0 0 6 - 2 0 1 0年中国中间件市场发展趋势与预测对2 0 0 6 年和未来几年中国的中间件市场进行了调查总结、分析预测。该报告称，经过对今后几年影响中国中间件软件市场发展因素和市场发展趋势的综合分析，结合中国中间件软件市场的历史数据，2 0 0 6 - 2 0 1 0 年中国中间软件市场将以1 8 6 的年均复合增长率增长，市场规模将9 2 0 0 5 年的8 7 5 亿元增长到2 0 1 0 年的2 0 5 2 亿元。2 0 0 6 年开始，中国中问件软件市场的增长率将呈现下降趋势，从2 0 0 5 年的2 3 9 0 6 逐步下降至2 0 1 0 年的1 6 3 ，市场将逐步走向成熟。目前国内中间件平台市场发展迅猛，厂商已经不下十家。中间件平台的兴起主要基于快速开发、降低成本、使用方便和客户个性化开发等因素的考虑，平台对于中间件厂商、强势管理软件厂商的重要性已经不言而喻，平台化也成为不可逆转的潮流和趋势。在我国内地市场使用的众多的中间件技术中，对象中间件c o r b a o r b 没有真正获得成规模的应用，而j 2 e e e j b 应用服务器，技术与产品逐步成熟，已经成为市场上3中南大学硕士学位论文第一章绪论最重要的中间件软件门类。实现信息系统的综合集成，已经成为国家信息化建设的普遍需求，并直接反映了整个国家信息化建设的水平，中间件通过网络互连、数据集成、应用整合、流程衔接、用户互动等形式，已经成为大型网络应用系统开发、集成、部署、运行与管理的关键支撑软件。出于发展民族软件产业与保护国家信息安全的双重考虑，我国信息产业部信息产品管理司已经将中间件列入了今后投资的重点产业【”。到目前为止，国内共有3 0 来家企业已进入或宣布要进入中间件市场，如金蝶软件旗下的阿派斯、托普软件、中创软件、东大阿尔派、以及东方通科技等。中间件在我国信息化建设中已经得到了广泛应用，如在“8 6 3 ”信息领域课题的中取得重大成果有：由北京大学，北京航空航天大学，国防科技大学和中国科学院软件所合作开发的8 6 3 中间件集成套件“四方国件”( o r i e n t w a r e ) ，是以w e bs e r v i c e技术为标准接口，整合了c o r b a 、j 2 e e 、t p - m o n i t o r 、p o r t a l 、t 作流等成熟中间件平台的系统功能，在互操作协议、共性服务、构件开发环境方面等有了新的突破，进一步简化了应用开发和运行管理维护，丰富了运行环境支持；由国防科学技术大学计算机学院研发的面向对象的分布计算软件平台s t a r b u s ，遵循c o r b a 2 0 3 0 相关标准的分布对象中间件平台。其功能是为各类异构条件下的企业级分布计算系统的开发、集成、部署和管理提供支持。s t a r b u s 经过严格、公正的第三方测试，其主要功能、性能、稳定性均可与国外商用产品媲美。目前，s t a r b u s 系列产品已经广泛地应用于电信、金融、交通、国家信息以及国防等领域，取得了良好的社会效益和经济效益。随着中间件在我国信息化建设中的广泛应用，中间件应用需求也表现出一些新的特点嗍：l 、可成长性：i n t e m e t 是无边界的，中间件必须支持建立在i n t e r n e t 2 上的网络应用系统的生长与代谢，维护相对稳定的应用视图。2 、适应性：环境和应用需求不断变化，应用系统需要不断演进，作为企业计算的基础设施，中间件需要感知、适应变化，提供对各种环境的支持。3 、可管理性：领域问题越来越复杂、r r 应用系统越来越庞大，其自身管理维护则变得越来越复杂，中间件必须具有自主管理能力，简化系统管理成本。4 、高可信性：提供安全、可信任的信息服务，如支持大规模的并发客户访问等。这些新的应用特点都对中间件技术的发展提出了新的挑战。各大行业的信息化建设，经过几十年快速不断的i t g l j 新造就了大批综合性的、分布式的且不断变化的应用系统，这些系统跨越了从大型机至1 w e b 的多种平台，因此，不同系统的互连成了亟待解决的问题。如何发挥这些企业资产的潜在优势，充分利用已有的技术及应用资源等问题日益迫切。在上述单一或基础应用系统已经逐渐成熟的行业和领域，新的应用热点就是对应用系统的整合，并进而实现一站式服务( 政府) 、增值业务( 电信) 等新业务功能，使企业能够进一步挖掘信息和对外提供多元化的服4中南大学硕士学位论文第一章绪论务。而上述应用系统需要大量高层中间件的支撑，这些新的中间件通常是多种中间件技术的融合，因此，企业应用集成中间件等高层中间件应运而生，并已经逐渐成为行业应用和发展的新增长点。1 3 研究目的及意义本课题来源于深圳市汽车客运站及票务联网调度系统网络建设项目。深圳市客运信息综合管理系统是面向整个客运运输企业业务架构的联网客运综合信息管理系统，实现客运生产整个流程的信息化管理，该产品已经作为深圳市客运车站信息化管理的统一版本在全市实施应用。课题主要运用中间件技术对这一系统加以改进。在 深圳市客运信息综合管理系统中的售票方案主要用到的是集中式解决方案，方案的具体实施内容是：l 、各客运站共同使用一个数据库，集中存储所有客运站的车辆、班次及售票信息，方便系统维护和管理。2 、根据人员所属机构、岗位的不同，对数据的访问级别和对系统的操作权限也各不相同，只能操作和管理已授权的数据。各车站主要售票方式均为远程售票，访问公司中心机房数据库；在通讯线路完全断开时访问本地备用数据库服务器，进行本站业务操作。这样，该系统中所使用到的集中式售票解决方案对广域网通信环境依赖较大，这样就只适用于网络通信条件较好的城市。本课题的目的是针对旧系统中的主要问题，对于基于中间件的分布式系统开发过程加以研究，然后对原有的汽车客运站售票系统提出了基于中间件的分布式解决方案，使售票系统不受广域网通信故障的影响，适用于网络通信条件较差的城市对系统二次开发的需要。分布式解决方案主要实现的是：各客运站建立自己的数据库，无论线路故障与否，客运站总是使用本地数据库；只有在本地预分配的车票售完的情况下，才自动连接中心数据库售卖机动的车票。各车站主售票方式为本地售票，访问本站机房数据库服务器，在有与其它车站相关的操作时( 远程售票等) ，才与其它车站的应用服务器通讯。这种方案的改进，使系统不受广域网通信故障的影响，适用于网络通信条件较差的城市。在原有的客运站售票系统之上，考虑采用基于中问件的分布式数据库技术实现多站点联网售票与调度，并在旧系统之上增加异站售票点系统、网络售票系统。通过应用服务器实现分布式事务管理，将新旧系统通过标准数据交换平台连接成一个统一的整体，对于缩短系统的开发周期，提高整个系统的实用性、开放性、可扩展性和互连性都有重大意义。从联网售票系统的具体应用特点来说，标准数据交换接口的一部分功能可以借助于现成的中间件完成。如跨平台的数据交换可以借助于通信中间件或消息传递中间件中南大学硕七学位论文第一章绪论完成，请求管理是一个大型的分布式应用，它和其他各种分布式应用也可以建立在各种通信中间件之上，以实现网络和通信的透明。而异站售票存在对数据库的访问，可以借助于各种数据库中间件来屏蔽异构数据库、分靠式数据库。基于中间件的分布式系统开发过程属于基于构件的软件工程c b s e ( c o m p o n e n tb a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ) 范畴1 9 ，l0 】。c b s e 是指用装配可重用软件构件的方法来构造应用程序。c b s e 不仅仅是简单地应用对象要求代理建立一个代码库，或从i n t e m e t上下载相关控件，还需要策略而系统地进行全局考虑和规划。它包含了系统分析、构造、维护和扩展等各个方面。它具有即插即用，以接口为核心及标准化等特点，c b s e开发过程如图1 - 1 所示。图1 - 1c b s e 过程对基于中间件的分布式系统开发过程的研究主要包括对开发过程的可行性的研究、开发过程的需求分析、开发过程的设计以及系统最后的测试和维护。而基于中间件的分布式系统开发过程在需求分析等各个过程中有其自身的特点，本文就如何在具体应用中进行体系结构的选择、中间件的选择和开发工具的选择等方面予以探讨。首先是体系结构的选择，三层分布式体系结构是在客户端和服务器中间抽象出应用逻辑层，将企业的业务过程实现集中在该层中，也就是将业务规则封装在这些层中。它们可能分布在一个或多个物理服务器上，甚至客户机上，使得业务规则的改变比较容易实现。本文选择三层分布式体系结构来对旧系统加以改进，完成了深圳市汽车客运联网售票系统的开发，实现一个高效、稳定、安全、易于管理的分布式应用系统。三层体系结构必然要利用中间件技术，将企业的业务规则分别实现于各个构件6中南大学硕士学位论文第一章绪论中，数据和实现细节予以安全隐藏，仅展示其提供的服务接口。由于引入了中间件，用户的应用得到了简化【l ll ，中间件可以对应用请求做翻译工作、保证事务在异构环境下正常工作，可以对事务进行安全性、完整性控制，提高应用处理的并发性、吞吐量，减少网络带宽，对事务进行协调管理等。中间件的引入也改变了应用体系结构，引入了三层或多层应用模式，简化了客户端的应用复杂度，为w e b 等应用提供了基础。本文将从理论上分析中间件技术的特点，比较目前主要的分布式中间件技术标准的优缺点，选取s u n 公司的j 2 e e ( j a v a 2 e n t e r p r i s e e d i t i o n ) 作为关键技术来实现基于中间件的分布式应用程序的开发。1 4 论文的组织结构基于中间件的分布式系统开发过程具有适用范围广、应用效率高的特点【i 3 1 。在综合对上述技术路线的研究基础上，本课题主要侧重研究基于中间件的分布式系统开发过程，然后根据实际加以运用，在原有的客运站售票系统之上，考虑采用分布式数据库技术实现多站点联网售票与调度。在旧系统之上增加异站售票点系统、网络售票系统。通过应用服务器实现分布式事务管理，将新旧系统通过标准数据交换平台连接成一个统一的整体，对于缩短系统的开发周期，提高整个系统的实用性、开放性、可扩展性和互连性都有重大意义。研究内容主要包括以下两个方面：l 、对在方案中使用的中间件技术、构件化设计思想、j 2 e e 平台、分布式事务处理等关键技术进行研究与应用。分析对比基于构件的三种主流中间件技术，即：c o r b q 、j 2 e e 、m i c r o s o f t n e t 各自的优缺点，深入探讨j 2 e e 的主要特点和优越性。此外，对于在j 2 e e 互操作模型中的最重要的构件模型服务器端构件技术f j b 的特点及基于e j b 的分布式应用开发过程进行研究分析。2 、在上述理论分析的基础之上，对实际的应用系统深圳市汽车客运联网售票系统进行实际的开发与实现。首先，结合实际的用户特点，进行需求分析，完成基于中间件的分布式系统建模，包括构建系统的网络结构、三层体系结构。然后，运用中间件技术开发应用服务器，主要对集成层和业务层进行开发设计，实现联网售票与调度管理。对在实际的开发过程运用中间件技术的优越性进行研究与论述。全文由五部分组成，论文的结构安排如下：第一章：绪论。概述了本文研究工作的背景和意义，论述了研究内容和论文的组织结构。第二章：需求分析。对将要开发的系统进行需求分析，分析用户的基本情况及要求，对总体设计目标与约束进行论述第三章：基于中间件的分布式系统的关键技术及建模。该章分析了分布式对象中间件的发展现状，对软件构件和中间件的特点及各种中间件技术标准进行了比较，对7中南丈学顾一e 学位论文第一章绪论u m l 在系统建模中运用的概念进行了综述。在此基础之上，提出系统的体系结构的设计方案。第四章：基于中间件的分布式系统的实现。针对深圳市汽车客运站的实际情况，提出了利用中间件技术进行改进的方案，并对基于中问件的分布式系统开发过程进行了需求分析、设计、测试和维护，以期提高整个系统的实用性、开放性、可扩展性和互连性。该章采用分布式数据库技术实现多站点联网售票与调度，包括对售票点系统增加售异站票功能的实现、网上售票系统的实现。第五章：结束语。该章对全文的主要研究内容进行了总结，提出了论文的不足之处及未来工作展望。3中南大学硕士学位论文第二章需求分析2 1 用户的基本情况2 1 1 系统建设背景第二章需求分析深圳拥有铁路、公路、民航、港口等较完善的交通网络，在市委市政府的正确领导下，通过市交通局的精心组织实旌，使深圳市的运输市场井然有序，为深圳的经济建设做出了突出的贡献。随着世界范围内恐怖主义势力的抬头，以及最近几年发生的日本地铁毒气事件、“9 1 l ”恐怖袭击、韩国地铁火灾、s a r s 病毒的传播及控制等等，都为各级政府及职能部门的防控体系、应急指挥、决策调度提出了新的要求。深圳是一个口岸城市，出入境旅客占全国半数以上；又是一个移民城市，外来经商、务工人员比例极大，随着机场、港口的进一步建设和地铁的开通，给市交通局在防控指挥、决策调度提出了一个新的课题。为了统一完善全市的公路长途客运市场的管理体系，市交通局决定对全市各客运站场和管理系统进行统一改造，建立深圳市汽车客运站售票及站务联网调度系统，达到统一标准、统一模式，以利统一管理，方便旅客出行，深圳的客运市场将会形成一个崭新的局面。天运网软件( 科技) 深圳有限公司负责承担深圳市汽车客运站售票及站务联网调度系统的开发工作，作者参与了该项目的开发，本课题的设计来源于该项目。2 1 2 项目目标和目的本项目的目标是开发深圳市汽车客运站售票及站务联网调度系统，制定统一的标准数据交换接口，对深圳市4 2 个客运站现有票务及站务管理系统进行联网，实现以下功能：l 、实现公路客运站、售票点、配客点联网票务功能。2 、具备开放接口与银行、邮政窗口、自动售票机等实施互联，支持使用“银联卡”和“深圳通i c 卡”刷卡购票，使联网售票进入社区；为实现银行结算预留接口。3 、提供i n t e , n e t 接口及足够的安全措施，具备网上订票功能。4 、开发小型售票系统供不具备开发及二次开发能力的售票点使用，并符合统一的标准数据交换接口。5 、具备运政管理功能包括智能i c 卡进站管理、客运站及班车信息查询、站务数据自动化报送、统计功能。6 、开发一套客运站站务管理系统，供不具备开发及新设立的客运站使用。该系9中南大学硕上学位论文第二章需求分析统具备业务、调度、售票、检票、营收结算、统计查询等智能化站务管理功能，并符合统一的标准数据交换接口。7 、可支持车载移动售票终端及其他系统( 包括g p s 、公用无线通信) 。8 、为在全省、全国范围内的联网预留接口。2 1 3 用户特点深圳客运企业共有4 2 家，各企业使用的售票系统采用的平台比较多，标准不统一。目前，深圳大部分客运站建立了微机售票系统，实现了电脑售票。各场站之间、营运企业之间尚未实现跨站售票。通过调查，统计出深圳市各客运站规模及信息系统平台的基本情况。包括各车站名称，车辆总数、日发班次、日客流量、车站地址、数据库系统、开发工具、操作系统等基本情况如下：4 2 个站中3 6 个站使用了电脑售票，占总站数8 5 7 。在电脑售票的站中，1 8 个站的数据库使用s q ls e r v e r ，开发工具是v i s u a lf o x p r o ，操作系统为w i n d o w s9 8 ，占5 0 0 , 6 。4 个站使用o r a c l e ，开发工具是d e l p h i p b ( p o w e rb u i l d e r ) ，操作系统为w i n d o w s9 8 2 0 0 0 ，占1 1 1 4 个站的数据库使用s q ls e r v e r ，开发工具是f o x p r o ，操作系统为d o s ，占3 9 。2 2 任务概述2 2 1 业务要求根据项目总体设计要求，准备开发的深圳市汽车客运站售票及站务联网调度系统由联网售票调度系统( 即票务中心系统) 、小型售票系统和客运站站务管理系统三部分有机组成。基本业务包括：l 、符合国际、国家、行业标准的协议、规范及深圳市相关部门的规定。2 、采用当今先进的计算机网络技术，保持系统的先进性和前瞻性。3 、采用基于w e b 的三层结构体系，前台所有操作在浏览器中实现。用户可以在任何地点通过i n t e r n e t i n t r a n e t 使用系统软件，软件更新后，客户端能自动感知并下载。4 、采用o r a c l e 构建分布式数据库系统。5 、制订统一的标准数据交换接口，实现联网售票调度系统( 即票务中心系统)对异地、异型、异构数据的访问。6 、数据标准化。7 、选择基于应用服务器的方法进行系统集成。8 、支持使用“银联卡”和“深圳通i c 卡”刷卡购票。1 0中南大学硕士学位论文第二章需求分析2 2 2 工作的上下文范围上下文范围图用来表示将要开发的系统、产品与其它系统之间的关系，以确定系统边界。通过工作上下文，j 2 e e 开发人员可以将属性定义为应用程序上下文，使这些属性可隐式流经远程请求，并允许下游构件能够在调用客户端的上下文中运行。通过工作上下文，开发人员不必将属性包括在远程调用中即可传递这些属性。通过创建工作上下文资源，可以制定访问该资源的安全角色及策略。图2 1 给出了深圳汽车客运站售票及站务联网调度系统的工作上下文范围图。一售票、订慕信息、，一一售票订票信息客运站一i i 度信息、血舌量票务中心五信息l1l 、妙结算信息77i 票及站锈网调度系j厂馓勰小；卜飙一= 竺d ，_ l 一i配客点一售票信息售男治息、一订票信息互联同用户净甲2 2 3 工作切分图2 - 1 工作上下文范围图表2 1 工作切分程序名称编程语言媒体功能标准数据交换平台j a v ac d r o m统一数据交换标准、业务交换规则客运站站务管理信息系统d e l p h ic d r o m业务，售票、检票、调试、行包、票证、查询、统计联网售票调度系统j a v ac d r o m售票、调度、结算、运管、网上订票中南大学硕士学位论文第二章需求分析工作切分是一个事件清单，用来确定系统要响应的所有业务事件。清单一般包括事件名称以及输入和输出。深圳汽车客运站售票及站务联网调度系统的工作切分见表2 1 。2 3 软件平台2 3 1 操作系统联网售票调度系统( 即票务中心系统) 选用u n i x 操作系统。小型售票系统和客运站站务管理系统操作系统可以选用w i n d o w s 。2 3 2 数据库系统联网售票调度系统( 即票务中心系统) 选用o r a c l e 9 i 数据库，采用双机热备份方式构建票务中心系统o r a c l e 数据库主机系统。提供多种数据接口，与不同的数据库平台( 包括o r a c l e 、s y b a s e 、s q ls e r v e r 、d b 2 、i n f o r m i x 等各客运站现在使用的所有数据库平台) 进行数据交换，使各场站现有售票及站务系统实现联网。客运站站务管理系统数据库、小型售票系统数据库可以选用s q ls e r v e r2 0 0 0 。2 3 3 基于中间件实现分布式应用联网售票调度系统、客运站售票系统，采用三层结构模式，即a p p l a c a t i o n 客户端+ 应用服务器( 中间件) + 数据库；网上订票系统，采用三层应用结构模式，即浏览器+ w e b 服务器+ 应用服务器( 中间件) + 数据库。三层分布式体系结构的表示层、应用逻辑层和数据存储层是彼此分离的。这使得系统具有可伸缩性，这是因为它的数据库连接之类的资源可以共享，每一个消耗资源的客户应用程序并不直接访问数据库服务器，而是由客户应用程序与业务逻辑层进行通信。一个应用逻辑实例可以向多个客户提供服务，降低了资源消耗，提高了伸缩性。此外，应用逻辑实体可以独立于任何客户应用程序来设计。这样对于很多应用程序来说，就提供了非常的灵活性和重复使用的潜力。定义公共接口之后的业务逻辑的封闭，使得开发者可以创建可重复使用的服务的一个载体。针对客运站站务管理系统交互性强、快速响应等特点，除售票以外的站务管理，采用c s 结构模式，使用本地数据库。2 4 系统的非功能性需求分析1 、实用性能满足汽车客运站售票及站务联网调度系统业务需要。系统设计过程还应考虑到中南大学硕士学位论文第二章需求分析易于操作、易于使用、界砸友好等问题。2 、开放性保证系统以后能跨平台平滑迁移，并可以与运行在各种操作系统平台上的系统无缝连接，如u n i x 、l i n u x 、w i n d o w s 等平台。3 、标准性系统的开发符合国际标准，要求制定开放标准及接口，保证现有系统用户能接入系统。4 、可扩展性和互连性系统的设计和建设应充分考虑网络、硬件的扩展及系统二次开发的需要，并支持未来可能出现的新业务的需要。支持与o r a c l e 、s y b a s e 、s q ls e r v e r 、d b 2 、i n f o r m i x等关系数据库系统的连接，并可实现与各种业务系统的集成。5 、易管理性系统应有完善灵活的权限管理机制，支持多级管理模式，支持分布式应用管理模式，人员调配、权限分配可由授权用户自行调整。所有的功能应能在本级范围内定义和使用，且不会流出本级范围即不影响全部或平级相同的应用。日常工作的管理界面简单、易操作，无需高级计算机管理员即可管理日常工作。6 、高可靠性系统要求双系统热备份，包括双机热备份及所有网络及通讯线路的备份，要求提供自动监测系统，系统自动切换时间不能大于1 分钟，保证系统具备高可靠性，能应付7 2 4 d 、时的工作模式。7 、高安全性保障系统资源、数据的高度安全性，防止数据被外界破坏、窃取、篡改，防止系统被技术攻击，具备合理的数据备份。8 、实用性科学合理地利用各客运站现有硬件、软件、网络、数据等资源，降低开发成本。9 、性能要求系统设计应能满足1 5 年的增长需求，并达到以下要求：本地交易时间；g 秒。异地交易时间：茎l o 秒。2 5 本章小结传统的需求分析和软件设计阶段是从头开发产品，但对于基于中间件的分布式应用来说，需求分析变成了体系结构的选择、中间件的选择和开发工具的选择。系统分析员必须在系统需求和使用的分布式中间件之间进行权衡，并且作出折中的考虑。除中南大学硕士学位论文第二章需求分析此之外，同时还要在体系结构和接口之间进行权衡。本章给出了用户的需求分析，提出了在联网售票调度系统、客运站售票系统及网上订票系统的设计中使用三层体系结构，采用中间件；而在客运站站务管理系统的设计中考虑其应用特点，使用两层体系结构进行设计。具体来说，说明了系统开发过程中什么情况下需要根据用户的要求采用中间件技术，同时分析了系统的非功能性需求，为改进旧系统、开发新系统指明了方向。1 4中南大学硕士学位论文第三章基于中问件的分布式系统的关键技术及建模第三章基于中间件的分布式系统的关键技术及建模构件技术是j 2 e e 的核心技术【1 4 1 。本章对于基于j 2 e e 的分布式系统开发过程中运用到的构件技术及中间件技术进行了分析与研究，在此基础上，提出了系统的建模方案。3 1 软件构件与中间件3 1 1 软件构件化技术构件( c o m p o n e n t ) 1 1 5 】是对于信息系统中具有共性的模块加以抽取和分析，并将它们单独设计成集代码和数据于一体的、能独立完成特定功能的、具有规范的调用接口的软件标准件。这些构件作为一个成熟的、规范的、可靠的、可复用的软件成分，可以被用来构造其他软件，也可以被多次使用到不同的信息系统之中【1 6 1 。它可以是被封装的对象类、类树、一些功能模块、软件框架( f i a r n w o r k ) 、软件构架( 或体系结构a r c h i t e c t u r a l ) ，文档、分析件、设计模式( p a t t e r n ) 等。构件的实现和使用可以加快软件开发周期，保证软件质量，改善软件的可维护性，增强软件的可重用性和可扩展性。软件构件化( s o f t w a r ec o m p o n e n t ) r q 技术是在大工业生产启发下应运而生的，是软件技术跨世纪的一个发展趋势，其目的是彻底改变软件生产方式，从根本上提高软件生产的效率和质量，提高开发大型软件系统尤其是商用系统的成功率【嘲。有了软件构件之后，应用开发人员就可以利用现成的软件构件装配成适用于不同领域、功能各异的应用软件。构件设计思想适应当前面向对象的程序设计的潮流，构件技术与面向对象技术也是紧密相关两者的相同之处在于构件和对象都是对现实世界的抽象描述，两者都通过接口封装了可复用的代码实现。不同之处总的来说有三个层面，首先在概念层面上，对象描述客观世界实体( i d e n t i t y ) ，构件提供客观世界服务；其次在复用策略上，对象是通过继承实现复用，而构件是通过合成实现复用；最后在技术手段上，构件通过对象技术而实现，对象按规定经过适当的接口包装( w r a p ) 之后成为构件，一个构件通常是多个对象的集合体，构件沿袭了对象的封装特性，但同时并不局限在一个对象，其内部可以封装一个或多个类、原型对象甚至过程，结构是灵活的。当前j a v a ，v c ，v b ，p o w e r b u i l d e r ，d e l p h i 等可视化设计工具的核心思想是面向对象的，它们都为设计构件给予了技术准备，所以应用开发工具使得构件的设计变得容易简单。现在，构件技术已经成为计算环境的基本组成之一，众多中间件产品和开发工具提供了对不同构件模型的实现支持，特别在分布式、企业级应用软件系统中，都把软件的构件化作为解决维护、扩展和升级的唯一途径。中南丈学硕士学位论文第三章基于中间件的分布式系统的关键技术及建模3 1 2 中间件技术构件这种软件设计思想对整个软件行业的发展有着至关重要的推动作用。而中间件( m i d d l e w a r e ) 作为应用软件系统集成的关键技术，保证了构件化思想的实施，并为构件提供了真正的运行空间。中间件是位于硬件、操作系统平台和信息系统之间的通用服务，具有标准的程序接口和协议，并且对于不同的硬件、操作系统平台具有符合标准接口和协议规范的具体体现。中问件主要用来解决分布异构问题【l ”。具体来说，它能满足大量应用需要，运行于多种硬件和操作系统平台，支持分布计算，提供跨网络、硬件和操作系统平台的透明性的应用或服务的交互，支持标准的接口和协议。中间件作为存在于系