（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）基于數(shù)據(jù)交換與共享的城軌安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

j g塞鑾適太堂亟圭堂僮 論塞 蟲塞揸墓 中文摘要 摘要 軌道交通是現(xiàn)代化城市交通的重要組成部分 其速度快 容量大 全天候 的特點(diǎn)使之成為各大城市發(fā)展公共交通的必然選擇 在城市公共交通的發(fā)展進(jìn)程 中 最重要的一個環(huán)節(jié)就是交通運(yùn)營安全環(huán)節(jié) 這就使得城軌安全管理系統(tǒng)的建 設(shè)成為各類交通信息系統(tǒng)中一個最重要的系統(tǒng)之一 通過對城軌交通有關(guān)部門的 調(diào)研發(fā)現(xiàn) 現(xiàn)有的安全相關(guān)的子系統(tǒng)最突出的問題是 由于建設(shè)時間的不同導(dǎo)致 其缺乏設(shè)計(jì)規(guī)范性 接口不統(tǒng)一 系統(tǒng)與系統(tǒng)之間存在大量的異構(gòu)數(shù)據(jù) 其孤立 的數(shù)據(jù)源導(dǎo)致數(shù)據(jù)的交換異常困難 信息的獲取方式效率非常之低 本課題的目 的就是要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個基于數(shù)據(jù)交換和共享的城軌安全管理系統(tǒng) 用合理的解 決方案來改變目前這種現(xiàn)狀 本論文通過對近年來較為先進(jìn)的軟件架構(gòu)技術(shù)和數(shù)據(jù)交換相關(guān)技術(shù)的研究 結(jié)合城軌安全相關(guān)部門的實(shí)際情況 總結(jié)歸納了城軌安全管理的業(yè)務(wù)需求和設(shè)計(jì) 目標(biāo) 對業(yè)務(wù)功能進(jìn)行了深入分析 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng) 系統(tǒng)基于數(shù)據(jù) 交換和共享技術(shù) 致力于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)問數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)與 外聯(lián)系統(tǒng)之間的信息共享 在技術(shù)上 系統(tǒng)采用j a v a 消息服務(wù)和x m l 標(biāo)準(zhǔn)文檔 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換引擎 并且在保證數(shù)據(jù)交換質(zhì)量的前提下 通過 r s s 技術(shù)進(jìn)行信息聚合實(shí)現(xiàn)了外部關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的信息訂閱 達(dá)到了不同系統(tǒng)間互聯(lián) 互通的目的 架構(gòu)方面 城軌安全管理系統(tǒng)的主控系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)采用了輕 量級j 2 e e 框架架構(gòu) 用h i b e r n a t e 和s p r i n g 框架實(shí)現(xiàn)了持久化數(shù)據(jù)對象的構(gòu)建和 松耦合業(yè)務(wù)邏輯的構(gòu)建 為業(yè)務(wù)增加了靈活性 優(yōu)化了對安全管理的配置流程 除了系統(tǒng)本身功能的研發(fā) 本文還充分考慮了對遺留系統(tǒng)的兼容性 在北京 城軌安全管理相關(guān)子系統(tǒng)中 相當(dāng)一部分已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài) 并且由于其在日常 運(yùn)營中的重要性 不允許對這些子系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)維護(hù)和大面積修改 在這種情況 下 本文通過適配器模式對遺留的b a s 子系統(tǒng)進(jìn)行了適配接入 達(dá)到了統(tǒng)一和規(guī) 范系統(tǒng)功能接口的目標(biāo) 目前系統(tǒng)第一期的核心功能已基本開發(fā)完畢 目前處于試運(yùn)行階段 整個軟 件運(yùn)行穩(wěn)定 各種功能測試均符合項(xiàng)目需求和設(shè)計(jì)初衷 關(guān)鍵詞 城軌安全管理 數(shù)據(jù)交換 x m l j a v a 消息服務(wù) 簡易信息聚合 分類號 t p 3 1 9 a bs t r a c t a b s t r a c t r a i lt r a n s i ti st h em o s ti m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h em o d e mu r b a n t r a n s p o r t i t sh i g hs p e e d h u g ec a p a c i t ya n dw e a t h e r p r o o ff e a t u r e sh a se n a b l e di t s e l fa n i n e v i t a b l ec h o i c eo ft h ep u b l i ct r a n s p o r td e v e l o p m e n t i nm e t r o p o l i s t h em o s ti m p o r t a n t p a r ti np r o c e s so ft h eu r b a nt r a n s i td e v e l o p m e n ti ss a f e t y w h i c hm e a n st h es a m e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns a f e t yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fu r b a nr a i l w a yt r a n s i t a n do t h e rk i n d so fi n f o r m a t i o ns y s t e mi nt r a n s i ts y s t e m t h ep r o m i n e n ti s s u e b y i n v e s t i g a t i n gt h er e l a t e dd e p a r t m e n t i st h ee x i s t e n c eo fah u g em a s so fh e t e r o g e n e o u s d a t aa n dt h ei s o l a t e dd a t as o u r c e w h i c hl e dt o g r e a td i f f i c u l t yi nd a t ae x c h a n g i n g p r o c e s s t h el a t t e ri san e c e s s a r yc o n d i t i o nt h a tc a u s e dt h ep o o ri n f o r m a t i o na c c e s s e f f i c i e n c y t h eo c c u r r e n c eo fs u c has i t u a t i o ni sd u et ot h el a c ko fn o r m a l i z a t i o nd e s i g n a n du n i f o r mi n t e r f a c ec a u s e db yt h et i m ev a r i a t i o ni nb u i l d i n gt h ee x i s t i n gs y s t e m s t h e m a j o rp u r p o s eo ft h i st h e s i si st od e s i g na n di m p l e m e n tas a f e t yi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mo fu r b a nr m l w a yt r a n s i tb a s e do nd a t ae x c h a n g ea n ds h a r i n gt o p r o v i d er e a s o n a b l es o l u t i o n st ot h e s ep r o b l e m s i nt h i st h e s i s as a f e t ym a n a g e m e n ts y s t e mo fu r b a nr a i l w a yt r a n s i tw i t hh i g h l y e f f i c i e n td a t ae x c h a n g i n ga n di n f o r m a t i o na g g r e g a t i o nf u n c t i o nw a sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d t h es y s t e mi se s t a b l i s h e do nt h eb a s i so fs t u d yo ft h es t a t eo fa r ts o f t w a r e t e c h n o l o g i e sa n dt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no ft h es a f e t yd e p a r t m e n to fu r b a nr a i lt r a n s i t w h i c hh e l p e de n o r m o u s l yi nt h es u m m a r i z a t i o no ft h eb u s i n e s sr e q u i r e m e n ta n dd e s i g n o b j e c t i v e t h es y s t e m w h i c hi sb a s e do nd a t ae x c h a n g ea n ds h a r i n gt e c h n o l o g y a i m sa t t h eh e t e r o g e n e o u sd a t a e x c h a n g eb e t w e e nt h ed a t a b a s eo ft h ei n t r as y s t e ma n d i n f o r m a t i o ns h a r i n gw i t ho t h e rr e l a t e ds y s t e m s i nt e c h n o l o g y ad a t ae x c h a n g ee n g i n e w a si m p l e m e n t e d 析mj a v am e s s a g es e r v i c ea n dx m ld o c u m e n ta n di no r d e rt or e a l i z e t h ei n t e r c o n n e c t i o nb e t w e e ns y s t e m s r s st e c h n o l o g yw a su s e dt o i m p l e m e n tt h e i n f o r m a t i o na g g r e g a t i o n w i t ht h ep r e m i s eo ft h eq u a l i t ya s s u r a n c eo ft h ed a t ai n c l u d e d t h es y s t e mw a sa r c h i t e c t e db yl i g h t w e i g h tj 2 e ef r a m e w o r kt h a te n a b l e dt h ep e r s i s t e n c e o fd a t aa n dd e c o u p l i n go fb u s i n e s sl o g i c w h i c hi n c r e a s e dt h e f l e x i b i l i t yo fb u s i n e s sa n d o p t i m i z e dt h ec o n f i g u r a t i o np r o c e s so fs a f e t ym a n a g e m e n t i na d d i t i o nt ot h ef u n c t i o nr e q u i r e d t h ed e s i g no ft h e s y s t e mh a sg i v e nf u l l c o n s i d e r a t i o nt ot h ec o m p a t i b i l i t yw i t hl e g a c ys y s t e m a si n v e s t i g a t e d s e v e r a lr e l a t e d s u b s y s t e mo fb e i j i n gu r b a nr a i ls a f e t ym a n a g e m e n ts y s t e mw e r eo nt h ed a i l yr u na n d w e r en o ta l l o w e dt os t o pr u n n i n gt oi m p l e m e n tn e wc o n f i g u r a t i o na n dm a i n t e n a n c e u n d e rs u c hac o n d i t i o n t h et h e s i sh a sr a i s e das o l u t i o nt oa c c e s st h eb a s l e g a c ys y s t e m w h i c hh a sa r c h i v e dt h ep u r p o s et ou n i f yt h ei n t e r f a c e so ff u n c t i o n s s of a r t h ef i r s ts t a g eo ft h ec o r ef u n c t i o nh a sb e e nd e l i v e r e da n dt h es y s t e mi so n t h ep i l o t 吣w h i c hp e r f o r ms o l i d l ya n da r c h i v e sa l lt h er e q u i r e m e n t sa n do r i g i n a l i n t e n t i o no fd e s i g n k e y w o r d s u r b a nr a i ls a f e t ym a n a g e m e n t d a t ae x c h a n g e x m l j m s r s s c l a s s n o t p 3 1 9 v 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研 究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或 撰寫過的研究成果 也不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書 而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作 了明確的說明并表示了謝意 學(xué)位論文作者簽名 喝繡爍 簽字日期 7 尹年髟月i7 日 4 9 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 特 授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 葶采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學(xué)校向國 家有關(guān)部i j 或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 學(xué)位論文作者簽名 譚舞媳 簽字日期 伽 9 年6 月l 7 日 導(dǎo)師躲鯫 一 簽字日期 優(yōu)7 年石月 7 日 l 引言 1 1項(xiàng)目研究背景 1 1 1城軌安全管理的重要性 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口的增加 人們對交通出行提出了更高的要求 城 市軌道作為大眾交通工具的職能越發(fā)凸顯其重要性 作為貫穿城市的大動脈 城 市軌道運(yùn)行的安全性甚為關(guān)鍵 城軌交通系統(tǒng)的作用 性質(zhì)和特點(diǎn)決定了城軌交 通系統(tǒng)必須把安全和安全管理放在各項(xiàng)工作的首要位置 1 1 2城軌安全管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 縱觀城軌安全管理可以采取的各種手段 信息化毫無疑問是最為有效的解決 方式 通過管理信息系統(tǒng)的建設(shè) 對城軌安全管理相關(guān)的信息進(jìn)行整合 對交通 設(shè)備 相關(guān)崗位上的人員 環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控是提高城軌交通安全系數(shù)必須經(jīng) 歷的一個過程 目前 國內(nèi)已具有軌道交通的大中城市基本上已經(jīng)實(shí)施了安全管理的信息化 工程 各大地鐵 輕軌運(yùn)營公司都為其線路和車站配備了設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和信息管 理系統(tǒng) 各部門對信息系統(tǒng)的重視程度也越來越高 城軌安全管理的信息化已初 具規(guī)模 1 1 3現(xiàn)行安全管理系統(tǒng)存在的問題 現(xiàn)行的城軌安全管理系統(tǒng)雖然對各個環(huán)節(jié)都給予了足夠的重視 并且花了大 量時間進(jìn)行信息化的建設(shè) 然而安全隱患卻依然存在 安全管理人員依然抱怨數(shù) 據(jù)傳遞的滯后和信息的不透明 通過對國內(nèi)多個城市軌道運(yùn)營公司的詳細(xì)調(diào)研 可以發(fā)現(xiàn) 現(xiàn)行的城軌安全管理系統(tǒng)最大的缺陷就在于系統(tǒng)間互聯(lián)互通的缺乏 在城市軌道交通各信息系統(tǒng)中包含了大量厚重的信息資源 各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù) 龐大 的通信網(wǎng)絡(luò) 各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 支持各部門業(yè)務(wù)管理的應(yīng)用軟件 然而由于這些 系統(tǒng)建設(shè)和實(shí)施數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的階段性 技術(shù)性以及其他因素的影響 導(dǎo)致大量 數(shù)據(jù)的存貯方式不同 包括采用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)上也存在極大差 異 各系統(tǒng)自成體系 各自為政 無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息的交互和融合 形成了一 個個的信息孤島 各個系統(tǒng)的互操作性也無從談起 要實(shí)現(xiàn)城軌安全信息的高效 管理 減少安全事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失 就需要建設(shè)立體化 全方位的安全管理系 統(tǒng) 解決資源共享和異構(gòu)信息互聯(lián)互通等問題 充分開發(fā)利用各類信息數(shù)據(jù) 為 安全部門提供充分 及時 可靠的決策支持u 1 1 2 1 1 2 課題研究意義 本課題旨在針對現(xiàn)行安全管理系統(tǒng)存在的問題 構(gòu)建一個綜合安全管理平臺 對城軌安全信息的管理模式進(jìn)行重構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì)動態(tài)信息的采集和處理 實(shí)現(xiàn)遺 留子系統(tǒng)的無縫接入 并重點(diǎn)研究實(shí)現(xiàn)城軌安全系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換和外部的信 息聚合 從幾個方面保證信息流暢 高效的傳遞 系統(tǒng)的研究解決了現(xiàn)有城軌安全管理系統(tǒng)的接口不統(tǒng)一問題 數(shù)據(jù)交換問題 和信息聚合問題 從根本上改變了城軌安全管理的運(yùn)作模式 大幅度提高了安全 管理的效率 研究成果對于目前已有城軌設(shè)施的城市以及即將建設(shè)城軌交通的大 中城市具有指導(dǎo)性的作用 1 3論文研究內(nèi)容與章節(jié)安排 第l 章引言 本章介紹了項(xiàng)目的背景和研究意義 對國內(nèi)城軌安全管理的現(xiàn) 狀作了分析 對論文的主要工作和論文結(jié)構(gòu)做出了規(guī)劃 第2 章系統(tǒng)架構(gòu)與數(shù)據(jù)交換技術(shù)介紹 本章對項(xiàng)目中將要使用的輕量級 j 2 e e 架構(gòu) j a v a 消息服務(wù) x m l 解析技術(shù)和r s s 訂閱技術(shù)進(jìn)行了研究 結(jié)合本 項(xiàng)目分析了這些技術(shù)的要點(diǎn) 第3 章城軌安全管理系統(tǒng)概述 本章對城軌安全管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)做了介 紹 并對項(xiàng)目的需求進(jìn)行了詳細(xì)的分析 并給出了軟件設(shè)計(jì)方案 第4 章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn) 介紹系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)方案 包括硬件 平臺的搭設(shè) 動態(tài)安全數(shù)據(jù)的采集 遺留b a s 系統(tǒng)的接入 主控系統(tǒng)與f a s 子系 統(tǒng)間的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換以及外聯(lián)系統(tǒng)消息訂閱的實(shí)現(xiàn) 第5 章總結(jié)與展望 1 4本章小結(jié) 本章簡要介紹了城軌安全管理的重要性以及目前城市軌道安全管理系統(tǒng)建設(shè) 2 的狀況和缺陷 由此奠定了課題的研究方向以及課題的意義所在 最后介紹了本 文的主要工作以及論文的結(jié)構(gòu) 2 系統(tǒng)架構(gòu)與數(shù)據(jù)交換技術(shù)介紹 上一章對項(xiàng)目背景的研究分析表明 目前城軌安全管理系統(tǒng)的建設(shè)要解決的 重要問題在于現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合以及各部門之間信息的共享 而大量現(xiàn)存數(shù)據(jù) 和信息的異構(gòu)又使得直接通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交換和共享變得極其困難 甚至于在技 術(shù)上不可能實(shí)現(xiàn) 在此種情況下 采用跨平臺的x m l 標(biāo)準(zhǔn)文檔和r s s 文檔來解 決上述難題是非常合適的 通過x m l 與j a v a 消息服務(wù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換引擎 r s s 實(shí)現(xiàn)外聯(lián)系統(tǒng)的信息聚合 并且通過輕量級的j 2 e e 架構(gòu)對系統(tǒng)整體加以實(shí)現(xiàn) 非常好地解決了數(shù)據(jù)交換和信息共享問題 此外 利用輕量級j 2 e e 架構(gòu)對信息采 集模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)比起傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案更具靈活性 使得業(yè)務(wù)的變更更加容易 本章即對系統(tǒng)將要使用的上述架構(gòu)技術(shù)和數(shù)據(jù)交換技術(shù)作較為詳細(xì)的介紹 2 1系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)介紹 2 1 ij 2 e e 簡介 j 2 e e 指適用于創(chuàng)建服務(wù)器應(yīng)用和服務(wù)的j a v a2 平臺企業(yè)版 j a v a2p l a t f o r i l l e n t e r p r i s ee d i t i o n 它利用j a v a2 平臺來簡化企業(yè)級應(yīng)用解決方案 為其提供開發(fā) 部署和管理相關(guān)的復(fù)雜問題 j 2 e e 與j 2 s e j a v a2p l a t f o r ms t a n d a r de d i t i o n 相比 繼承了其平臺無關(guān)性的優(yōu)點(diǎn) 所有代碼運(yùn)行在j v m j a v av i r t u a lm a c h i n e j a v a 虛擬機(jī) 上 實(shí)現(xiàn)了 一次編寫 隨處運(yùn)行 的目的 同時 j 2 e e 提供了對e j b e n t e r p r i s ej a v a b e a n s j a v as e r v l e t sa p i j s p j a v as e r v e rp a g e s 以及x m l 技 術(shù)的全面支持 并提供中間層集成框架來滿足需要高性能 高可靠性和高擴(kuò)展性 的應(yīng)用例 j 2 e e 為搭建具有可伸縮性 靈活性 易維護(hù)性的企業(yè)級應(yīng)用提供了良好的機(jī) 制 其優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)1 6 1 跨平臺 j 2 e e 獨(dú)立于機(jī)器的編程語言特性使得應(yīng)用程序在企業(yè)信息系統(tǒng) 中更加容易運(yùn)行于不同的操作系統(tǒng)上 大大方便了應(yīng)用程序之間的交互和集成 2 安全性 j 2 e e 提供了嚴(yán)密的安全機(jī)制 尤其是針對w e b 程序使用了多重 的安全保障機(jī)制 相對安全漏洞更多的 n e t 平臺來說 j 2 e e 框架搭建的程序的安 全性更好 更不易被入侵 3 模塊化和擴(kuò)展性 j 2 e e 中的應(yīng)用是通過 組件 來搭建的 程序由相互 連接的組件組成 組件之間可以通過導(dǎo)入類或遠(yuǎn)程調(diào)用來連接 組件的編譯和執(zhí) 行都相對簡單 同時 由于組件之間便于組合 j 2 e e 程序有很強(qiáng)的復(fù)用性 j 2 e e 客戶端一服務(wù)器 程序?qū)⒉煌δ艿某绦蚍殖赡K 每種模塊都有其標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置 方法 使得程序結(jié)構(gòu)更清晰 程序擴(kuò)展更方便 4 高效的開發(fā) j 2 e e 允許把一些通用的 很繁瑣的服務(wù)器端程序搭建交給 中間件去完成 把重復(fù)的勞動和中間架構(gòu)交給開源框架 這樣開發(fā)人員可以集中 精力在創(chuàng)建商業(yè)邏輯上 縮短了開發(fā)時間 高級中間件可以提供狀態(tài)管理服務(wù) 數(shù)據(jù)持久化服務(wù)及業(yè)務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)搭建等服務(wù) 5 易操作性 除了j a v a 提供的a p i 應(yīng)用程序接口 j 2 e e 還提供了額外 的又來構(gòu)建企業(yè)級應(yīng)用的風(fēng)格一致的a p i 以及完整的配套文檔 開發(fā)和維護(hù)人員 能夠很容易的理解和使用這些a p i 6 便于部署 j 2 e e 應(yīng)用一般用獨(dú)立與代碼之外的部署描述文件來配置部署 的參數(shù) 并支持開源的程序打包和部署工具 極大地提高的程序部署的效率 2 1 2 輕量級架構(gòu)技術(shù) 輕量級j 2 e e 架構(gòu)是對傳統(tǒng)的j 2 e e 應(yīng)用的一種效率優(yōu)化架構(gòu)模式 保留了傳 統(tǒng)j 2 e e 架構(gòu)風(fēng)格 但拋棄了一些復(fù)雜的組件如e j b 等 這種架構(gòu)模式主張程序的 簡約實(shí)用 反對不顧應(yīng)用的需求和強(qiáng)度 盲目采用傳統(tǒng)的j 2 e e 架構(gòu)方式 因?yàn)楹?者既消耗了大量的資源 提高了成本 還使開發(fā)人員的產(chǎn)出效率受到極大影響i 2 1 2 1 技術(shù) 依賴注入嗍 最新一代的輕量級容器使用一個共同設(shè)計(jì)原理 依賴注入 這是一個非常簡 單實(shí)用的思想 依賴注入將對象以及此對象所依賴的類交給依賴注入容器 后者 創(chuàng)建所有對象并綁定相關(guān)信息 比如 稱為d a t a a c c e s s 的數(shù)據(jù)訪問對象需要一個 稱為d a t a s o u r c e 的數(shù)據(jù)源 那么該容器會一同創(chuàng)建它們 并設(shè)置一個屬性 這種手動實(shí)現(xiàn)依賴注入的方法在輕量級開發(fā)中常常使用框架替代 后者可以 提供更便捷的代碼編寫并提供配置的支持 s p r i n g 框架就包含一個應(yīng)用非常廣泛 的依賴注入容器 而其他的很多框架如j s f p i c o 也利用了依賴注入 面向方面編程 9 1 使用面向方面編程 a o p 可以編寫通用的功能性模塊 例如日志 事務(wù) 安全或持久性 這些模塊就是所謂的方面 運(yùn)用a o p 的思想進(jìn)行編程可以將這些 方面聯(lián)系到p o j o p l a i no l dj a v ao b j e c t 簡單j a v a 對象 并可以指定時間點(diǎn) 如 方法開始時或產(chǎn)生異常時 和另一個需要聯(lián)系的方面 這些工作是通過配置文件 來完成的 而不是通過編寫代碼 依靠a o p 的這種能力 可以使程序具有更高的 靈活性 可擴(kuò)展性以及更低的耦合性 s p r i n g 即是一個完全支持面向方面編程的框架 其具體功能將在后面介紹 使用s p r i n g 和數(shù)據(jù)持久框架完全可以取代e j b 或者最小化它的作用 使程序靈 活性達(dá)到最高而開發(fā)難度和成本降至最低 這正是輕量級架構(gòu)帶來的優(yōu)勢 透明持久化 1 0 持久 是指將數(shù)據(jù)保存至存儲設(shè)備中 例如 磁盤 持久化的主要目的是 把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲到關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫中或磁盤文件 x m l 文件中等等 持久性是建立在較簡單的編程模型之上 透明持久性框架通過配置而不是編 寫代碼 來使為應(yīng)用程序添加持久性 因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用程序是面向?qū)ο蟮?并且 訪問一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫 目前的頂級持久性解決方案是開源框架h i b e r n a t e 輕量級 架構(gòu)就是在使用以上幾種技術(shù)的基礎(chǔ)上合并其他過程 技術(shù)和原理 選擇較簡單 的技術(shù) 在一個穩(wěn)固的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建 2 122 架構(gòu)層次 在輕量級架構(gòu)中 大多數(shù)應(yīng)用程序組織起來都是為了支持一組公共層 位于 下面的層為與之相鄰的上一層提供一組服務(wù) 并盡量對上層保持透明 圖2 1 給出 了企業(yè)應(yīng)用程序的一組公共層 7 1 困 困 困 困 圖2 一l 輕量級架構(gòu)分層 f i g u r e2 1l a y e r so fl i g h t w e i g h ta r c h i t e c t u r e 表示層為用戶界面提供所需的邏輯 許多邏輯都是為了格式化并顯示信息 并通過少量的代碼與下層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 例如j s p j a v as e r v e rp a g e 表示層還 對外公開由應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)的操作 應(yīng)用層為特定的應(yīng)用程序提供實(shí)現(xiàn)邏輯 應(yīng)用層是介于表示層和業(yè)務(wù)層之間 的中間層 業(yè)務(wù)層遵守商業(yè)規(guī)則并保護(hù)數(shù)據(jù)層 業(yè)務(wù)層為顯示和更改數(shù)據(jù)層提供了一組 6 共享組件 當(dāng)有多個應(yīng)用程序適用于數(shù)據(jù)時 業(yè)務(wù)層還提供混合及聚合服務(wù) 輕 量級架構(gòu)技術(shù)中的依賴注入方法即是在這一層體現(xiàn)出來 數(shù)據(jù)層代表被業(yè)務(wù)層訪問的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)層通常將關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)用 o r m o b j e c t r e l a t i o nm a p p i n g 對象一關(guān)系映射 封裝為對象以實(shí)現(xiàn)其持久化 保 證對數(shù)據(jù)操作的簡易性 2 1 2 3 s p r i n g 框架 s p r i n g 是為了解決企業(yè)應(yīng)用程序開發(fā)復(fù)雜性而創(chuàng)建的一個開源框架 它有一個 輕量級容器 讓開發(fā)人員能夠組織業(yè)務(wù)對象 d a o 和資源并使用集中而簡單的 x m l 文檔進(jìn)行配置 框架使開發(fā)人員得以利用對象和服務(wù)去用規(guī)范的方式整合開 發(fā)企業(yè)級的應(yīng)用 其中用代碼實(shí)現(xiàn)了很多被證明是最佳實(shí)踐的設(shè)計(jì)模式 s p r i n g 框架包括圖2 2 所示的六個功能模塊 l i 圖2 2s p r i n g 框架功能結(jié)構(gòu) f i g u r e2 2t h ef u n c t i o n a la r c h i t e c t u r eo fs p r i n gf r a m e w o r k s p r i n g 兩個最主要的特性就是面向方面編程 a o p a s p e c to r i e n t e d p r o g r a m m i n g 和依賴注入 d e p e n d e n c yi n j e c t i o n 容器 s p r i n ga o p 封裝了符合 a o p 聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的a o p 實(shí)現(xiàn) 開發(fā)人員可以定義方法攔截器或是切點(diǎn)來降低代碼的 耦合 并且可以通過s o u r c e 1 e v e l 的元數(shù)據(jù)功能將各種操作整合到代碼中 依賴注 入容器提供了依賴注入特性 用一個b e a n f a c t o r y 實(shí)現(xiàn)了工廠模式 允許在開發(fā)中 徹底地從程序邏輯中解除依賴關(guān)系 達(dá)到低耦合的設(shè)計(jì)要求 2 1 2 4h i b e r n a t e 框架 h i b e r n a t e 是一個開源的數(shù)據(jù)持久層框架 他提供了強(qiáng)大 高性能的對象到關(guān) 系數(shù)據(jù)庫映射的持久化服務(wù) 在h i b e r n a t e 的支持下 開發(fā)人員可以按照j a v a 的語 言特征 在持久層的開發(fā)中運(yùn)用關(guān)聯(lián) 多態(tài) 集成 組合等方法 而h i b e r n a t e 提 供的h q l h i b e r n a t e 查詢語句 是面向?qū)ο蟮牟樵冋Z言 利用h q l 進(jìn)行查詢使 得對象型數(shù)據(jù)和關(guān)系型數(shù)據(jù)緊密結(jié)合 提高了編寫查詢語句的效率1 1 2 2 2 數(shù)據(jù)交換技術(shù)介紹 2 2 1x m l 解析技術(shù) 2 2 1 1x m l 簡介 x m l e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 即可擴(kuò)展標(biāo)記語言 是一種精簡的s g m l s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e 標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言 它的出現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng) 的快速發(fā)展密不可分 x m l 與h t m l 很相似 后者同屬s g m l 的衍生物 然而 h t m l 有幾個致命的缺陷導(dǎo)致人們需要另一種s g m l 語言來實(shí)現(xiàn)更多的功能 首 先 h t m l 只是實(shí)現(xiàn)了s g m l 文檔標(biāo)準(zhǔn)化的思想 卻不支持可擴(kuò)展的特性 用戶 在h t m l 中無法加入自定義的標(biāo)記 其次 h t m l 的語義性差 它并不能夠?qū)?biāo) 記中的數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性定義 使得程序無法對其文檔進(jìn)行搜索和識別 也就不能對 文檔中包含的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 最后 h t m l 不支持多國文字 對非英語國家的用 戶來說 在一定程度上阻礙了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 于是在1 9 9 8 年二月 w 3 c 組織發(fā)布 了x m l 以支持標(biāo)準(zhǔn)化文檔的可擴(kuò)展性 語義性和本地化特性 x m l 和h t m l 在數(shù)據(jù)格式上非常相似 整個文檔都是由若干元素組成 每個 元素可以包含若干個子元素 依次嵌套 并且采用純文本格式 可以用任意文本 編輯器讀寫 最重要的是 他們都不依賴于某個特定的平臺 在任何環(huán)境都可以 與用戶和程序交互數(shù)據(jù) 而他們的區(qū)別 或者說是x m l 超越h t m l 之處 在于 x m l 側(cè)重于數(shù)據(jù)的儲存以及與程序的交互 而h t m l 則側(cè)重與數(shù)據(jù)的表現(xiàn) x m l 具有自描述性 每個x m l 文檔都包含一個文檔類型聲明 所以其表示數(shù)據(jù)的方式 真正的做到了與平臺無關(guān) x m l 的語義性和結(jié)構(gòu)性極強(qiáng) 能夠以有豐富意義的語 義來表達(dá)及其復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) x m l 的可擴(kuò)充性使得使用者可以創(chuàng)建和使用自己 的標(biāo)簽 其國際化特性使得不同的語言可以寫入x m l 并發(fā)生交互 l 訓(xùn) 2 2 1 2x m l 解析技術(shù) x m l 的特性使其能夠被各種應(yīng)用程序處理 而所有的x m l 處理都必須從解 析開始 x m l 的解析 就是用編程語言讀入文檔 將其解結(jié)構(gòu)分解 檢索其信息 j a v a 平臺提供了兩種x m l 解析a p i 他們分別是d o m 和s a x 其中前者是面向 對象模型的編程接i e l 后者是面向事件的編程接口1 1 5 1 這兩中a p i 提供了功能相 8 同的服務(wù) 即文檔解碼 可選擇的驗(yàn)證 名字空間解析等等 其差別在于a p i 使 用的數(shù)據(jù)模型 j a x p 是一個j a v aa p i 它封裝了一些常用的x m l 解析方法 其 中包括d o m 和s a x 以下是幾種x m l 解析方法的介紹和分析 1 4 1 d o m d o m d o c u m e n to b j e c tm o d e l 文檔對象模型 是一個w 3 c 發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 它是一個與瀏覽器 平臺和語言都無關(guān)的接口 是一個使程序和腳本有能力動態(tài) 地訪問和更新文檔的內(nèi)容 結(jié)構(gòu)以及樣式的接口 d o m 是基于信息層次文檔組織方式 所以被認(rèn)為是基于對象的文檔模型 這 種文檔模型以樹形的層次結(jié)構(gòu)來組織節(jié)點(diǎn) 應(yīng)用程序可以從這個樹形的導(dǎo)航中檢 索需要的信息 d o m 的主要優(yōu)勢在于其易用性強(qiáng) 使用d o m 時 首先把所有的x m l 文檔信 息都讀取到內(nèi)存中 通過a p i 對于內(nèi)存中的樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行讀取和處理 遍歷簡單 開發(fā)人員利用d o m 對x m l 文檔進(jìn)行處理 可以使編程難度大大降低 提高開發(fā) 速度 d o m 的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在 由于其解析方式導(dǎo)致必須加載整個x m l 文檔才能 開始解析 效率低 解析速度慢 內(nèi)存占用量過高 對于大文件來說處理非常困 難 使用d o m 進(jìn)行解析時 將為文檔的每個元素節(jié)點(diǎn)都創(chuàng)建一個對象 這樣在 d o m 解析時 j a v a 將大量的創(chuàng)建和銷毀對象 必然導(dǎo)致程序的運(yùn)行速度大幅度降 低 2 s a x 解析技術(shù) d o m 雖然可以讀取和操作x m l 文檔 并且是w 3 c 的標(biāo)準(zhǔn)方法 然而其在設(shè) 計(jì)上存在一定的缺陷 在讀取x m l 的時候 d o m 必須讀取整個文件 然后將其 存在一個樹形的結(jié)構(gòu)中 這樣做的效率十分底下且將消耗大量的系統(tǒng)資源 s a x s i m p l ea p if o rx m l 即x m l 簡單a p i 它是讀取x m l 文檔的替代 d o m 的最好技術(shù) 它允許在讀取文檔的同時對文檔進(jìn)行處理 不必等整個文檔被加 載后再進(jìn)行操作 從而節(jié)省時間和c p u 這一點(diǎn)與流媒體非常相似 由于程序只 是在讀取數(shù)據(jù)的時候檢查數(shù)據(jù) 所以數(shù)據(jù)無需被存儲在內(nèi)存中 從而又節(jié)省了內(nèi) 存 這一點(diǎn)在處理大文件的時候優(yōu)勢非常明顯 s a x 與d o m 最大的區(qū)別就是 s a x 是一個基于事件的處理器 它并不關(guān)注 x m l 文檔的樹形結(jié)構(gòu) 其提供的訪問模式是一種順序訪問 當(dāng)使用s a x 分析處 理x m l 文檔的時候 會出發(fā)一系列事件 并激活這些事件的處理函數(shù) s a x 的 驅(qū)動事件包括 元素聲明開始 屬性聲明開始和注釋聲明開始等等 應(yīng)用程序遇 到這些事件時 通過回調(diào) c a l l b a c k 將事件返回應(yīng)用程序 后者用事先定義好的 函數(shù)對事件進(jìn)行處理 9 在城軌安全管理系統(tǒng)中 由于信息量大 x m l 文檔的體積大 如果用d o m 來解析x m l 必然導(dǎo)致服務(wù)器的負(fù)擔(dān)加重 甚至?xí)騼?nèi)存問題導(dǎo)致宕機(jī) 所以 用s a x 解析方法來讀取x m l 能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 提高程序的整體速度 3 腳 j a x p j a v aa p if o rx m l p r o c e s s i n g 是指x m l 文檔處理a p i 它允許使用 幾種不同的a p i 來解析x m l 其自身并沒有提供新的x m l 解析方法 而是封裝 了幾種常用的解析方法 其中就包括d o m 和s a x j a x p 是一個抽象層a p i 它 使得用d o m 和s a x 進(jìn)行x m l 解析的任務(wù)變得更加容易 j a x p 運(yùn)用了工廠模式來對x m l 解析器進(jìn)行選擇 選擇不同的工廠類就會有 不同的處理方法 工廠類實(shí)際上是一個標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模式 可以根據(jù)需要自行修改 利用j a x p 可以使用d o c u m e n t b u i l d e r f a c t o r y 來建立d o c u m e n t b u i l d e r 類 或者 使用s a x p a r s e r f a c t o r y 來建立s a x p a r s e r 類 這些操作只需通過實(shí)例化不同的工 廠類就可以完成 大大降低了開發(fā)的難度 2 2 2j m s 規(guī)范 j m s j a v am e s s a g es e r v i c e 即j a v a 消息服務(wù) 它是s u n 公司為統(tǒng)一面向?qū)?象的消息中間件提出的一種j a v a 消息服務(wù)的規(guī)范 它提供支持多廠商的a p i 對消 息進(jìn)行創(chuàng)建 發(fā)送 接收和讀取f 1 5 j m s 的工作機(jī)制如圖2 3 所示 圖2 3j m s 工作機(jī)制 f i g u r e2 3p r i n c i p l eo f j m s 連接工廠負(fù)責(zé)創(chuàng)建客戶端到特定的j m s 服務(wù)組件提供的消息連接 通常將連 接字符串的索引注冊到j(luò) n d i j a v an a m i n ga n dd i r e c t o r yi n t e r f a c e j a v a 命名和目 錄接口 服務(wù)中 工廠創(chuàng)建連接的時候通過j n d i 來查找這些對象 s e s s i o n 運(yùn)行 于j m s 服務(wù)器上 負(fù)責(zé)創(chuàng)建消息和消息的發(fā)送者及接收者 每個s e s s i o n 對應(yīng)于一 個線程 j m s 多線程的框架支持了消息的監(jiān)聽模塊的功能 1 0 j m s 的消息結(jié)構(gòu)如圖2 4 所示 圖2 4j m s 消息結(jié)構(gòu) f i g u r e2 4j m s s t n l c n i f e 由消息頭 屬性 消息體組成 消息頭 表2 ij m s 消息頭字段 t a b l e2 1f i e l d so fj m sm e s s a g eh e a d 瓢篡募 囂 說朔 三毫纛愛i j 黧鬈消息頭字段 三二 j m s d e s t i n a t i o n 消息的目標(biāo) j m s d e l i v e r y m o d e消息持久保存或不保存 j m s e x p r i a t i o n 消息過期前時間 j m s p r i o r i t y 消息的優(yōu)先級 j m s m e s s a g e l d 消息唯一標(biāo)識 屬性 標(biāo)準(zhǔn)屬性 在有效的 可選的頭域中定義的一些標(biāo)準(zhǔn)屬性 應(yīng)用程序指定屬性 提供為消息應(yīng)用程序添加屬性的功能 提供者指定屬性 將提供者指定屬性結(jié)合至j m s 客戶端 消息體 表2 2j m s 消息體字段 t a b l e2 2f i e l d so fj m sm e s s a g eb o d y 翳口r j n 一 z 4p 甚囊 三鍪 囊器薹鬟墨季黧l 消息體囊段纛磚 s t r e m m e s s a g e 輸入輸出流 m a p m e s s a g e 字段名 值對應(yīng)的字符串 t e x t m e s s a g e s t r i n g 類型的數(shù)據(jù) o b j e c t m e s s a g e可序列化的j a v a 對象 b y t e m e s s a g e 為提供解釋的字節(jié)流 2 2 3r s s 聚合技術(shù) r s s 規(guī)范描述了一個x m l 文檔 這是一個標(biāo)準(zhǔn)的 開放的內(nèi)容收集機(jī)制 這 種機(jī)制通過將網(wǎng)絡(luò)上一個地址或域名中的所有內(nèi)容看成一組頻道 c h a n n e l 的集 合來按其序列收集資源 現(xiàn)今存在過的r s s 有幾個不同的版本 本文論述的對象 為r s s 2 0 版本 即簡易信息聚合規(guī)范 r e a l l ys i m p l es y n d i c a t i o n r s s 規(guī)范在互 聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用非常廣泛 主要應(yīng)用與網(wǎng)站新聞或博客的訂閱 如非常著名的g o o g l e 公司的聚合式閱讀器 然而在企業(yè)級應(yīng)用中 r s s 很少被嘗試使用到 事實(shí)上 r s s 在企業(yè)應(yīng)用中的合理采用將大幅度提高業(yè)務(wù)處理的效率 同時 r s s 開發(fā)和 運(yùn)維成本又相對較低 所以不失為一種極具價值的企業(yè)應(yīng)用技術(shù) 1 6 1 r s sf e e d s 是指由輸出內(nèi)容的網(wǎng)站或信息系統(tǒng)利用r s s 規(guī)范輸出一個描述網(wǎng) 站內(nèi)容的x m l 文檔 r s sf e e d s 為信息的收集者提供了一個規(guī)范的信息序列 客 戶端通過對這份x m l 文檔進(jìn)行解析就可以提取出服務(wù)器端所提供的信息 如圖 2 5 所示 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫 圖2 5r s sf e e d s 原理 f i g u r e2 5t h ep r i n c i p l eo fr s sf e e d s 訂閱者向信息源的某一個頻道發(fā)出一個訂閱請求 收到請求后 信息源將定 時把該頻道對應(yīng)的r s s 文件通過網(wǎng)絡(luò)提供給訂閱者 使其保持更新 通過這種訂 閱方式 訂閱者就無需定期訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器 查看遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)就如同在本地完成 首先來看一下沒有使用r s s 訂閱系統(tǒng)的情況下系統(tǒng)的工作流程 信息管理員 需要訪問每一個含有所需信息的系統(tǒng)來獲取信息 再將其發(fā)送至本系統(tǒng)服務(wù)器 由后者將信息分發(fā)至系統(tǒng)其他用戶 如圖2 6 所示 1 2 管理 圖2 6 未使用r s s 的信息共享 f i g u r e2 6i n f o r m a t i o ns h a r i n gm e c h a n i s mw i t h o u tr s s 而使用r s s 訂閱的信息傳遞方式將為系統(tǒng)帶來數(shù)倍的效率提升 如圖2 7 所 示 管理員從遠(yuǎn)程系統(tǒng)中訂閱信息后 可以設(shè)定更新間隔 r s s 系統(tǒng)按這個間隔 時間定期從向遠(yuǎn)程發(fā)出信息請求 遠(yuǎn)程系統(tǒng)接到請求后就將r s sf e e d s 發(fā)回給本 地 經(jīng)過x m l 解析就獲得了需要的信息 這樣 系統(tǒng)管理員的所有工作只是一次 訂閱 之后只需打開本地r s s 訂閱模塊 就可以接收到遠(yuǎn)程的更新信息 管理員 還可以將本地的服務(wù)器設(shè)置為r s s 訂閱模式 直接將遠(yuǎn)程信息傳到服務(wù)器上供本 地用戶下載 省去了人工分發(fā)的步驟 進(jìn)一步提高了效率 管理 本地系統(tǒng) 一一一一一一一 畫 圖2 7 使用r s s 的信息共享 f i g u r e2 7i n f o r m a t i o ns h a r i n gm e c h a n i s mw i t hr s s 國國 在城軌安全管理系統(tǒng)中 有大量數(shù)據(jù)需要從外部的信息獲得 信息的獲取速 度成為本部分工作的效率瓶頸 管理員需要不斷對遠(yuǎn)程系統(tǒng)進(jìn)行訪問來檢查信息 更新 而多數(shù)情況對方系統(tǒng)沒有更新 導(dǎo)致無功而返 大大降低了工作效率 而通過老式的重量級的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換的方式 在這里顯得過于復(fù)雜 因?yàn)楫?構(gòu)數(shù)據(jù)交換涉及了數(shù)據(jù)庫的操作 遠(yuǎn)程系統(tǒng)收到請求后 從其數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù) 然后解析為x m l 傳給本地系統(tǒng) 后者再將x m l 解析后寫入本地?cái)?shù)據(jù)庫 這兩步 數(shù)據(jù)庫的一讀一寫消耗了不必要的系統(tǒng)資源 使用r s s 技術(shù) 有兩種方式可以不同程度地減少數(shù)據(jù)庫的操作 系統(tǒng)只是將 遠(yuǎn)程系統(tǒng)已發(fā)布的信息直接從h t m l 解析為x m l 然后再根據(jù)需要解析為h t m l 直接顯示或是寫入本地?cái)?shù)據(jù)庫 它采用一種類似輪詢的方式定時對每個系統(tǒng)的信 息進(jìn)行更新檢查 達(dá)到無需訪問即可獲得最新信息的目的 不但節(jié)約了數(shù)據(jù)庫連 接開銷 而且提高了工作效率 2 3本章小結(jié) 本章對城軌安全管理系統(tǒng)中所使用到的架構(gòu)技術(shù)和數(shù)據(jù)交換技術(shù)進(jìn)行了較為 深入的研究 首先 介紹了輕量級的j 2 e e 架構(gòu)概念 其中分別對h i b e m a t e 和s p r i n g 兩個輕量級的框架作了簡要介紹 此后 本章對系統(tǒng)中重要的城軌安全信息數(shù)據(jù) 交換模塊所使用的x m l 及其解析技術(shù) j m s 規(guī)范和r s s 技術(shù)進(jìn)行了深入研究 并且r s s 的使用為系統(tǒng)帶來的效率作了深入分析 1 4 3 城軌安全管理系統(tǒng)概述 3 1城軌安全管理系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo) 城軌安全管理系統(tǒng)是一個綜合性非常強(qiáng)的信息管理平臺 系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著