基于javaee技術的學生管理系統(tǒng)研究與實現(xiàn)碩士學位論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 信息。用戶權限信息在應用程序段配置，不能有數(shù)據(jù)庫服務器直接驗證，效率一定程度上降低了。圖23 B/S架構 C/S和B/S的比較通過前面的介紹得知，C/S結構一部分應用在客戶端，一部分在服務器端，主要適用場景為小規(guī)模局域網(wǎng)范圍內，對數(shù)據(jù)共享性、安全性要求不是太高，但是對軟件要求較高，專業(yè)化程度高，對客戶機的有一定的要求。B/S架構大部分的工作都在服務器端進行，少數(shù)數(shù)據(jù)解析在瀏覽器端進行，客戶端基本負責數(shù)據(jù)的展示，工作承擔量少，用戶總成本較低。客戶端升級只需要注意瀏覽器的兼容性即可，維護成本降低了。B/S適合較大訪問的網(wǎng)絡應用，利于資源共享，對于數(shù)據(jù)訪問的權限設置較為嚴格，經(jīng)過硬件防火墻的處理，安全性較高。B/S架構對服務器要求很高，必須能夠運行WEB服務器和數(shù)據(jù)庫服務器，且響應速度快。B/S的優(yōu)點有：（1）系統(tǒng)開發(fā)快速、容易維護。B/S功能分為WEB前端和后臺數(shù)據(jù)處理，開發(fā)工作降低。(2)操作簡單。僅僅通過瀏覽器就能夠訪問較為有好多的界面，系統(tǒng)界面設計更為容易，視覺效果更佳。而且使用起來也變得容易。（3）信息共享容易，只需要有網(wǎng)絡就能夠訪問信息，進行數(shù)據(jù)獲取和處理。 RUP開發(fā)過程RUP(Rational Unified Process，Rational統(tǒng)一過程)是一個先進的通用軟件開發(fā)過程框架，遵循它的開發(fā)方法可以在進度和成本的范圍內開發(fā)出高質量的軟件產(chǎn)品。值)。在RUP中，軟件的生命周期是由一系列迭代組成的，這些迭代都是由軟件項目分解成的許多袖珍項目。每個迭代都產(chǎn)生以內部版本形式交付的實際結果，其中每個內部版本會增加一個增量并表明所關注的風險得以降低[16]。　RUP中有核心過程工作流6個和核心支持工作流3個。核心過程工作流在整個生命周期中被多次訪問，在項目中工作流輪流使用，且每次迭代中各個工作作為不同的重點和以不同強度重復出現(xiàn)[17,18]。（1）商業(yè)建模工作流描述了怎樣為新的目標組織開發(fā)構想，再基于構想進行組織的過程，角色和責任定義，局限于商業(yè)用例模型和商業(yè)對象模型中。（2）需求工作流的目標是對系統(tǒng)應該做什么進行描述，就這一描述促使開發(fā)人員和用戶達成共識。（3）分析和設計工作流將需求轉化成系統(tǒng)設計，并開發(fā)一個健壯的且設計與實現(xiàn)環(huán)境相匹配結構，優(yōu)化其性能。（4）實現(xiàn)工作流的目的包括三方面：代碼組織的結構在定義子系統(tǒng)時采用層次化的形式進行定義；出現(xiàn)的形式為組件，包括了開發(fā)的類和對象；將開發(fā)出的組件作為單元進行測試以及集成由結果成為可執(zhí)行的系統(tǒng)。（5）測試工作流用來驗證對象相互間的交互作用，目的為確保軟件中組件正確集成，需求已被正確實現(xiàn)，在軟件部署之前識別缺陷并處理。（6）部署工作流的主要目的是將生成的成功版本作為軟件交付到最終用戶手中。（7）配置和變更管理工作流用來描述在項目中控制各個項目成員的輸出。（8）軟件項目管理以成功交付使用戶滿意的產(chǎn)品為目標，綜合平衡可能產(chǎn)生沖突的各種目標，管理風險，克服各種約束。（9）環(huán)境工作流的作用是提供開發(fā)過程和軟件開發(fā)環(huán)境給軟件開發(fā)組織。 Java EE技術架構Java EE是一套全然不同于傳統(tǒng)應用開發(fā)的技術架構[19]，包含許多組件，主要可簡化且規(guī)范應用系統(tǒng)的開發(fā)與部署，進而提高可移植性、安全與再用價值。Java EE核心是一組技術規(guī)范與指南，其中所包含的各類組件、服務架構及技術層次，均有共同的標準及規(guī)格，讓各種依循Java EE架構的不同平臺之間，存在良好的兼容性，解決過去企業(yè)后端使用的信息產(chǎn)品彼此之間無法兼容，企業(yè)內部或外部難以互通的窘境。SSH2是spring、strutshibernate的縮寫[20]，是基于Java EE進行開發(fā)的一個優(yōu)秀的開源架構組合，是一個輕量級的開發(fā)平臺。Spring框架的主要優(yōu)勢之一就是分層架構，它允許使用者選擇使用需要的組件，同時為 Java EE 應用程序開發(fā)提供集成的框架。其功能強大，具有方便解耦，簡化開發(fā)、AOP編程的支持、聲明式事務的支持、方便集成各種優(yōu)秀框架等特點。Struts作為Apache軟件基金會贊助的開源項目之一，實現(xiàn)了基于Java EE應用的三層設計模式(MVC)的應用框架，基于Sun Java EE平臺的MVC框架的實現(xiàn)主要靠Servlet及SP技術[21]。Hibernate是一個持久化的對象關系映射框架，而且提供了源碼。它對JDBC進行了輕量級的對象封裝，提供了許多有用的模板和接口供程序調用，這使得JAVA程序員可以盡量使用對象編程思維來對數(shù)據(jù)庫做操作。 開發(fā)工具Eclipse 是一個開發(fā)開發(fā)環(huán)境，是基于Java的開源可擴展開發(fā)平臺[22]。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務，用于通過插件組件構建開發(fā)環(huán)境。Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE），主要用來Java語言開發(fā)，眾多插件的支持使得Eclipse擁有靈活性，這是其他功能相對固定的開發(fā)平臺軟件很難具有的。大多數(shù)用戶將 Eclipse當作Java來使用，針對希望擴展 Eclipse 的軟件開發(fā)人員，允許構建與Eclipse環(huán)境無縫集成的工具。Eclipse是使用Java語言開發(fā)的，用途并不限于 Java 語言；例如，支持C/C++等編程語言的插件已經(jīng)可用。Eclipse 框架可用來作為與軟件開發(fā)無關的其他應用程序類型的基礎，比如內容管理系統(tǒng)。 WebStorm是JetBrains公司旗下一款JavaScript開發(fā)工具。被廣大中國JS開發(fā)者譽為“Web前端開發(fā)神器”、“最強大的HTML5編輯器”、“最智能的JavaSscript IDE”等。它具有快速智能的代碼提示和補全支持重構、支持代碼格式化細節(jié)的自定義、良好的編輯體驗(如快速定位最近的編輯、快速查看代碼結構及定義等)、輕量、快速等特點[23]。 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫技術屬于一種使用計算機來輔助管理數(shù)據(jù)的方法[24]，它是信息系統(tǒng)的核心技術之一。它通過研究數(shù)據(jù)庫的結構、存儲、設計、管理以及應用的基本理論和實現(xiàn)方法，并利用這些理論來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理、分析和理解的技術。如何組織和存儲數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫技術的主要研究內容。數(shù)據(jù)的共享問題是數(shù)據(jù)庫技術的根本目標。常見的數(shù)據(jù)庫有SQL Server、MySQL、ORACLE、DB2等。SQL Server是由Microsoft開發(fā)和推廣的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS），功能全面，集成了企業(yè)級數(shù)據(jù)管理，使用商業(yè)智能工具。SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫引擎可以進行安全可靠的數(shù)據(jù)存儲，能夠處理關系型數(shù)據(jù)和結構化數(shù)據(jù)，其可以構建高可靠性和可用性的數(shù)據(jù)庫應用程序 [25]。Oracle10g數(shù)據(jù)庫是第一款為網(wǎng)格計算而設計的數(shù)據(jù)庫[26]，繼承了Oracle數(shù)據(jù)庫管理技術的各種優(yōu)勢，又融入了網(wǎng)格計算的各種新的性能特點。據(jù)不完全統(tǒng)計，有些高校在校師生高達幾萬人，存在大量的數(shù)據(jù)資源需要處理和存儲。同時，在學生信息管理系統(tǒng)投入使用后，每天通過該平臺實現(xiàn)的信息處理數(shù)量也是非常巨大的，系統(tǒng)在某些特定的時間內訪問量會達到高峰，比如在學生入學和畢業(yè)時間，工作人員進行學生信息錄入，學生進行個人信息的修改和查詢工作，因此所選用的數(shù)據(jù)庫服務器必須能支持大量交易處理和大量數(shù)據(jù)存儲。在綜合考慮各個數(shù)據(jù)庫的硬件需求和性能上，本文采用Oracle l0g數(shù)據(jù)庫將作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。Oracle也是以SQL（高級結構化查詢語言）的關系數(shù)據(jù)庫，在創(chuàng)建表格和存儲過程時和SQL Server數(shù)據(jù)庫略有不同。Oracle數(shù)據(jù)具有出色的可移植性，其應用平臺性能良好，開發(fā)平臺安全穩(wěn)定，是電子商務等安全性要求較高系統(tǒng)的首選。另外，Oracle數(shù)據(jù)庫具有分布式數(shù)據(jù)庫能力，能否進行遠端的數(shù)據(jù)訪問，可以進行快速的數(shù)據(jù)拷貝和復制[27]。 UML建模語言標準建模語言UML是一種規(guī)范化的良好的建模語言[28]，從軟件系統(tǒng)開發(fā)角度思考，它可以完成系統(tǒng)可視化、詳述、構造、文檔化操作，主要應用在分析與設計階段。UML的主要特點是表達能力豐富，它汲取了許多概念并成為業(yè)界術語，并且在規(guī)范文檔中對這些概念的語義、概念的圖形表示法以及概念的使用規(guī)則都做了定義和詳細的描述，規(guī)范文檔有 《UML語義》文獻、《對象約束語言規(guī)約》等。標準建模語言UML能夠完整實現(xiàn)OOA的面向對象的分析與設計方法，實現(xiàn)系統(tǒng)模型的完美表達。我們在軟件開發(fā)過程中，經(jīng)常使用建模語言，一是有助于更深的理解系統(tǒng)的需求和設計，二是能夠可視化的說明系統(tǒng)的功能和結構。建模語言為構造系統(tǒng)提供了模板，以文檔形式描述決策行為。傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)設計方法主要是基于ER模型，設計方式不能夠準確地映射問題域和反映系統(tǒng)責任，不完全符合面向對象的設計思想。由于系統(tǒng)在設計中ER的固定化，不能適應學生管理信息系統(tǒng)的發(fā)展，難以進行業(yè)務重組。某一階段的行為會影響到全局，增加了項目風險和工作量，這迫切需要使用更加靈活、健壯的模型來代替ER模型[29]。標準建模語言UML是一種規(guī)范化的良好的建模語言，可以完成系統(tǒng)可視化、詳述、構造、文檔化操作，主要應用在分析與設計階段[30]。UML包括概念的語義，表示法和說明，提供了靜態(tài)、動態(tài)、系統(tǒng)環(huán)境及組織結構的模型。可視化建模工具提供了代碼和報表生成器，動態(tài)完整的支持了UML。UML標準并沒有定義一種標準的開發(fā)過程，但它適用于迭代式的開發(fā)過程。它是為支持大部分現(xiàn)存的面向對象開發(fā)過程而設計的。UML共包括五種類圖 [31]，用例圖、靜態(tài)圖、行為圖、交互圖、實現(xiàn)圖。用例圖該類圖站在使用者的角度進行考慮描述系統(tǒng)的功能，并且在描述功能的時候，指出了各功能使用者是怎么樣的操作者，說明各功能所對應的對象身份；靜態(tài)圖包括類圖、對象圖和包圖三部分內容；交互圖是對象間的相互的交互關系正是交互圖所描述的內容。交互圖包括順序圖和合作圖；實現(xiàn)圖包括構件圖、部件圖和配置圖三部分內容。UML提供了三類基本的標準模型建筑塊：事物、聯(lián)系和圖形。這些建筑模塊間共存在四種基本聯(lián)系：依賴、泛化、聚合、關聯(lián)、實現(xiàn)等。“依賴”指模型建筑塊間的語義聯(lián)系，其中一個獨立事物發(fā)生改變將影響另一個的語義。“泛化”指模型建筑塊間的一般與特殊的聯(lián)系。“關聯(lián)”指模型建筑塊間的結構性連接。“實現(xiàn)”指模型建筑塊之間的一種語義聯(lián)系，一個規(guī)定一組約定(協(xié)議)，另一個負責實現(xiàn)。例如：接口和實現(xiàn)該接口功能的組件、類間的聯(lián)系就是實現(xiàn)聯(lián)系。聚合”是一種特殊的關聯(lián)，表示結構整體和部分關系[32]。比較好的建模工具有Rational Rose、EA、PowerDesign。Rational Rose是Rational公司推出的統(tǒng)一建模語言可視化建模工具，用于可視化建模和公司級水平軟件應用的組件構造[33]。ROSE在開發(fā)過程中的各種語義、模塊、對象以及流程，狀態(tài)等描述比較好，能夠從各個方面和角度來分析和設計，使軟件的開發(fā)藍圖更清晰，內部結構更加明朗，對系統(tǒng)的代碼框架生成有很好的支持。但對數(shù)據(jù)庫的開發(fā)管理和數(shù)據(jù)庫端的迭代不是很好。Power Designer原是一種數(shù)據(jù)庫建模工具。后來引入了對UML的支持，對面向對象語言如 C++、Java、C等支持不錯。 Enterprise Architect（EA）是一個全功能的、基于UML的visual CASE工具，主要用于設計、編寫、構建并管理以目標為導向的軟件系統(tǒng)[34]。論文在設計中使用到了Rational Rose工具。 排課算法介紹 優(yōu)先級回溯算法對于一般的回溯排課算法而言，對于排課解空間的搜索是完全隨機的[35]。在一般排課算法中將班級、課程、教師、教室和時間片作為排課的五個維度進行遍歷搜索，尋找可行解，如果有可行解的話，則將這五個維度進行組合，如果遍歷全部可能組合之后依然沒有可行解，則執(zhí)行回溯操作，對前一個排課對象重新進行分配并以此類推，直到完成全部組合或回溯到第一個排課組合依然無法找到可行解為止。這樣的排課過程完全沒有考慮到各種現(xiàn)實情況下的排課需求，可能出現(xiàn)將公共必修課安排在晚上教學或者將每周4課時或 4 課時以上課程安排在連續(xù)多天教學的情況，這些安排都是會嚴重影響教學質量的，也都是應該在排課算法中避免發(fā)生了。 遺傳算法基本遺傳算法模擬自然進化過程，包括選擇操作、交叉操作、變異操作[36]。首先要產(chǎn)生出初始種群，在基礎問題數(shù)據(jù)中隨機的選取若干個體形成初始種群，初始種群產(chǎn)生以后，運用適應度函數(shù)計算個體的適應度函數(shù)值。根據(jù)適應度函數(shù)值，判斷每個個體是不是滿足優(yōu)化準則，如果不滿足就需要繼續(xù)進行下一代個體的生產(chǎn)，可以通過交叉、變異操作產(chǎn)生出新的個體，從而構成新的種群，再計算新種群中每個個體的適應度函數(shù)值，這些值滿足優(yōu)化準則就停止迭代，否則繼續(xù)產(chǎn)生下一代種群，直到滿足優(yōu)化準則為止。與其他優(yōu)化方法相比，遺傳算法的特點是：1)群體搜索，易于并行化處理；2)不是盲目窮舉，而是啟發(fā)式搜索；3)適應度函數(shù)不受連續(xù)、可微等條件的約束，適用范圍很廣。4)遺傳算法具有很好的兼容性。 排課算法綜合分析排課問題的研究最早開始于60年代， 此問題在數(shù)學上最早提出。Gotlieb提出一個課表問題的數(shù)學模型，并使用匈牙利算法解決了一個三維線性運輸?shù)膯栴}。之后，很多人紛紛基于Gotlieb的模型進行簡化或補充，做了很多實際的工作，但是解決課表問題的算法仍然是困難的。70年代中期，S．Even等人證明了課表問題是NP完全類問題，通過計算機難以找到該類問題的多項式算法。在此研究的基礎上，出現(xiàn)了基于經(jīng)驗的自適應專家系統(tǒng)， 局限于當時的人工智能和機器學習，系統(tǒng)并未能夠解決排課問題[37]。八十年代末排課問題的研究有了新的發(fā)展，Kirkpatrick等人在八十年代末提出著名的模擬退火算法[38]，屬于基于迭代求解策略的一種隨機尋優(yōu)方法，但是對于尋求最優(yōu)解仍然無能無力。90年代印度專家運用拉格朗日松弛法和二次分配法進行求解，在一定程度上獲得了成功。遺傳算法的參數(shù)難以實際設置，對于算法的最優(yōu)解有較大影響。優(yōu)先級回溯算法沒有考慮到部分實際教學的場景，還需要人工進行優(yōu)化。本排課系統(tǒng)采用的排課算法是基于優(yōu)先級的回溯排課算法，在一般的回溯排課算法基礎上加入本校各學院排課要求的排課優(yōu)先級結合形成的一種適用于學院排課的回溯算法。 小結從C/S和B/S架構的詳細介紹和對比開始，介紹了信息管理系統(tǒng)的流行架構，詳細描述了論文在設計和開發(fā)中使用的技術，包括RUP的