鄧蓉，陸濤，胡建華

（1．中國藥科大學(xué)理學(xué)院，南京211198；2．中國藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室，南京211198）

云環(huán)境下基于jQuery與JSON數(shù)據(jù)傳遞方法設(shè)計

鄧蓉1，陸濤2，胡建華1

（1．中國藥科大學(xué)理學(xué)院，南京211198；2．中國藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室，南京211198）

0　引言

隨著云計算的SaaS（Software as a Service，軟件即服務(wù)）概念［1］的推廣，越來越多的企業(yè)開始把各種應(yīng)用軟件的開發(fā)、發(fā)布和推廣轉(zhuǎn)向云計算平臺下進行［2-4］。在SaaS模式下可以節(jié)省用戶一次購買軟件的投資，減少用戶安裝、升級軟件的復(fù)雜性，大大減少軟件開發(fā)企業(yè)的軟件產(chǎn)品發(fā)布、維護成本。在這種模式下客戶端與云平臺端之間的數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)解析，減少由于數(shù)據(jù)傳遞帶來的時間損失，提高用戶感受是基于SaaS模式計算軟件能否被用戶接受的一個關(guān)鍵問題［5-6］。目前流行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準格式是XML，陳瑋等指出JSON格式可以降低XML冗余問題［7］。孫光明等給出了基于JSON的AJAX數(shù)據(jù)通信的快速算法，可以用JSON代替XML，解決傳統(tǒng)AJAX采用XML而產(chǎn)生的傳輸效率問題［8］。李張永等采用JQuery和JSON設(shè)計了一種跨平臺的移動Web開發(fā)框架與數(shù)據(jù)交互方法［9］。

通過對他們成果的研究和分析，設(shè)計了一種面向科學(xué)計算問題的云客戶端與云端之間的數(shù)據(jù)傳輸與解析的方法，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，滿足云客戶端用戶感受。該方法利用Web Service技術(shù)的跨平臺性，以jQuery AJAX為網(wǎng)頁客戶端設(shè)計技術(shù)，與Web Service創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)交互通道。并用JSON數(shù)據(jù)格式作為載體，完成計算數(shù)據(jù)到云端，云端計算結(jié)果數(shù)據(jù)返回云Web客戶端的數(shù)據(jù)傳遞任務(wù)。

1　相關(guān)技術(shù)介紹

在一些基于計算問題的軟件中，傳統(tǒng)的方法是計算工作在單機上進行，數(shù)據(jù)的輸入、存儲、計算都在本機上。可以把這類面向計算問題軟件服務(wù)采用云計算SaaS模式實現(xiàn)。

SaaS模式把軟件計算的核心功能以Web服務(wù)方式發(fā)布在云環(huán)境中，構(gòu)建計算服務(wù)器集群。云平臺管理器可以根據(jù)用戶數(shù)和計算負荷，及時增減集群中計算服務(wù)器數(shù)量。用戶以租戶的方式通過云平臺門戶網(wǎng)站進行注冊、登錄和定制計算服務(wù)資源項目，用戶通過Web頁面上提交計算數(shù)據(jù)，由云平臺負責(zé)調(diào)度，選擇一臺或多臺計算服務(wù)器中的計算服務(wù)程序完成計算任務(wù)，反饋給用戶。面向計算問題的云計算架構(gòu)如圖1所示。

AJAX（Asynchronous JavaScript And XML），即異步JavaScript和XML技術(shù)，是一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁應(yīng)用的網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)［10］。AJAX具有異步通信模式、傳送數(shù)據(jù)量少、輕量的服務(wù)器負載、用戶體驗的連貫性、頁面無刷新效果等優(yōu)點。jQuery是一種輕量級的JavaScript庫，兼容多種主流瀏覽器［11］。jQuery的代碼更加簡潔、快速且靈活，jQuery為AJAX請求提供了良好的支持，使AJAX應(yīng)用開發(fā)過程簡單化。

jQuery AJAX的特點符合云客戶端Web頁面開發(fā)的需要，在云客戶端能方便收集用戶數(shù)據(jù)并采用異步的方式向云端處理單元傳送數(shù)據(jù)，并接受返回數(shù)據(jù)。

JSON（JavaScript Object Notation，JavaScript對象表示法），是JavaScript規(guī)范的子集。與XML相比，JSON數(shù)據(jù)表達更簡潔，數(shù)據(jù)量更小，獨立于任何語言和平臺，是一種輕量級數(shù)據(jù)傳輸格式［12］。

JSON有對象和數(shù)組兩種形式，對象是屬性、值對的集合，一個對象開始于“｛”，結(jié)束于“｝”。每個屬性后跟一個“：”，每個屬性、值對之間用“，”分隔，圖2是JSON對象的格式。

圖2　JSON對象格式

圖3　JSON數(shù)組格式

數(shù)組是有順序的值的集合，一個數(shù)組開始于“［”，結(jié)束于“］”，值之間用“，”分隔，圖3是JSON創(chuàng)建數(shù)組的格式：

JSON數(shù)組表示法效率高，數(shù)據(jù)量小，很適合在處理數(shù)據(jù)量大的面向計算任務(wù)的云計算環(huán)境下使用。

Web Service是一種通過Web部署提供對業(yè)務(wù)功能訪問的技術(shù)，它具有跨平臺、簡單和高度集成性等特點，實現(xiàn)不同應(yīng)用程序之間的互操作性［13］。在SaaS云計算模式下，Web Service可以完成數(shù)據(jù)的接收與解析，計算程序的封裝與調(diào)用。

2　方法設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)頁面數(shù)據(jù)向云平臺傳遞的基本過程如圖4所示：首先整合云Web客戶端用戶提交的計算數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化成JSON格式的數(shù)據(jù)，再通過AJAX引擎將數(shù)據(jù)提交給服務(wù)器，服務(wù)器端采用Web Service接收并處理這些數(shù)據(jù)，然后進行服務(wù)引用，從而將數(shù)據(jù)傳遞給云平臺進行存儲和計算處理，若是有要返回的數(shù)據(jù)，則同樣經(jīng)過兩層Web Service，由服務(wù)器端的Web Service將返回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成JSON格式回傳給云Web客戶端。

圖4　數(shù)據(jù)傳遞的基本過程

一個計算問題，初始數(shù)據(jù)往往需要由用戶輸入。輸入的數(shù)據(jù)一般包括基本數(shù)據(jù)，計算參數(shù)，數(shù)據(jù)單位等等。在用戶云Web客戶端中，用戶的提交處理計算的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)表格方式輸入，表格形式根據(jù)計算數(shù)據(jù)格式進行設(shè)計。提交數(shù)據(jù)時，用jQuery將網(wǎng)頁上的對計算有意義的數(shù)據(jù)以JSON數(shù)據(jù)格式進行組裝。將針對不同數(shù)據(jù)部分，數(shù)據(jù)拼寫成｛“key”:“value”｝嵌套形式的JSON對象或｛［“data”:｛“key”:“value”｝］｝形式的JSON數(shù)組，例如：

上面格式的JSON數(shù)據(jù)描述的是與計算任務(wù)相關(guān)的三個部分數(shù)據(jù)，userID是用戶編號，calcData部分是初始輸入數(shù)據(jù)，doseUnit描述的是其他參數(shù)和計算單位。

Web Service是云Web客戶端與云平臺端能夠完成數(shù)據(jù)交互的橋梁，是實現(xiàn)跨平臺操作的一個重要的組件。由云Web客戶端提交的數(shù)據(jù)是JSON格式的數(shù)據(jù)，首先經(jīng)過服務(wù)器端的Web Service處理，將接收到的JSON數(shù)據(jù)流反序列化成實際計算程序需要的對象，然后提取對象的信息，針對不同的計算請求，引用不同的云計算Web服務(wù)。對于有要求返回圖像結(jié)果、運算評價的請求也可以由服務(wù)器端的Web Service調(diào)用云端相應(yīng)的Web服務(wù)完成。對于云端返回給服務(wù)器端Web Service的數(shù)據(jù)要進行JSON流的序列化處理才能被jQuery AJAX所接收，最終在用戶的云Web客戶端中顯示。

3　實例應(yīng)用

目前關(guān)于藥代動力學(xué)計算軟件基本采用單機運行模式，如WinNonlin、3P97、DAS等。為了驗證本文設(shè)計的可行性和實際效果。本文以藥學(xué)研究中藥物代謝動力學(xué)模型的二房室靜脈注射模型計算為例進行了實際應(yīng)用驗證。

二房室靜脈注射模型分析是在已知定量注射的藥物含量和各時間點血藥濃度數(shù)據(jù)的情況下求解表觀分布容積（V）、分布半衰期t（1/2）α、消除半衰期t（1/2）β、清除率（CL）、藥物濃度-時間曲線下面積（AUC）等藥物動力學(xué)參數(shù)的過程。二房室中藥物變化的動力學(xué)模型如下：

轉(zhuǎn)為血藥濃度的方程解為：

以規(guī)劃求解法進行最小二乘法回歸，可以得出A、α、B、β，再根據(jù)這些參數(shù)求得模型中的其他參數(shù)，進而求解藥物動力學(xué)參數(shù)［14］。計算程序以Web服務(wù)應(yīng)用程序的形式在云平臺端部署和調(diào)用。

用戶在選擇二房室靜脈注射模型計算的服務(wù)頁面后，在云Web客戶端顯示的如圖5所示的數(shù)據(jù)輸入界面。用戶在輸入數(shù)據(jù)的表格中按對應(yīng)列標(biāo)題分別輸入時間點和血藥濃度數(shù)據(jù)，在右側(cè)劑量及數(shù)據(jù)單位部分輸入單次注射劑量數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)，點擊“計算”按鈕后，由通過jQuery編寫的程序?qū)斎虢缑娴臄?shù)據(jù)進行計算數(shù)據(jù)整合，包裝為JSON格式數(shù)據(jù)。然后再用jQuery AJAX向服務(wù)器端Web Service提交計算請求。服務(wù)器端接收到數(shù)據(jù)后，以調(diào)用云平臺端Web服務(wù)的方式將已經(jīng)處理的數(shù)據(jù)傳遞給云服務(wù)器，云服務(wù)器將參數(shù)估計、計算結(jié)果、擬合圖形、結(jié)果評價數(shù)據(jù)同樣以JSON格式返回到用戶的頁面中，然后客戶端頁面中對反饋的計算結(jié)果數(shù)據(jù)進行解析和顯示。

圖5　二房室靜脈注射模型數(shù)據(jù)輸入界面

整個數(shù)據(jù)傳遞實現(xiàn)過程如圖6所示。

圖6　數(shù)據(jù)傳遞實現(xiàn)過程

從云端返回的計算結(jié)果如圖7所示。采用的文獻［14］所給算法。計算結(jié)果分析參數(shù)顯示，算法的模型參數(shù)擬合很好，返回的相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)可以滿足藥代動力學(xué)研究的需要。

圖7　二房室靜脈注射模型計算結(jié)果和圖形輸出

4　結(jié)語

本文設(shè)計了一種云Web客戶端與云端之間的數(shù)據(jù)傳遞方法。在云客戶端Web頁面上，利用jQuery技術(shù)，分離了網(wǎng)頁的結(jié)構(gòu)定義與行為事件，把用戶輸入數(shù)據(jù)封裝為JSON數(shù)據(jù)格式。并采用無刷新的AJAX技術(shù)異步提交和接收數(shù)據(jù)，保證了網(wǎng)絡(luò)之間通信效率和客戶端用戶的良好體驗。在云服務(wù)器端，利用Web Service作為客戶端與云端之間的數(shù)據(jù)接口，把從客戶端用戶提交的數(shù)據(jù)提交給云平臺中計算服務(wù)資源處理使用。通過藥物代謝動力學(xué)數(shù)據(jù)分析云平臺的實際應(yīng)用，結(jié)果顯示能很好解決云Web客戶端和云端之間的數(shù)據(jù)傳遞問題，給這類基于SaaS模式的云計算應(yīng)用提供了一個可行的參考。

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Cloud Computing；jQuery AJAX；JSON；Web Service

A Data Transmission Method Based on jQuery and JSON in the Cloud Environment

DENG Rong1，LU Tao2，HU Jian-hua1
（1.School of Sciences，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198；2.State Key Laboratory of Natural Medicines，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198）

教育部直屬高校特色項目（No.2600005）、國家自然科學(xué)基金青年基金項目（No.61501522））

1007-1423（2015）36-0080-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.36.018

鄧蓉（1990-），女，甘肅蘭州人，碩士研究生，研究方向為藥學(xué)信息學(xué)

陸濤（1963-），男，江蘇宿遷人，教授，博士生導(dǎo)師，博士，研究方向為藥物化學(xué)及藥學(xué)信息學(xué)

胡建華（1969-），男，安徽和縣人，副教授，博士，研究方向為藥學(xué)信息學(xué)

2015-11-26

2015-12-10

為了解決在云計算環(huán)境下，云客戶端和云平臺端的數(shù)據(jù)傳遞問題，提出利用jQuery把云客戶端網(wǎng)頁中輸入的計算數(shù)據(jù)和相關(guān)計算參數(shù)封裝為JSON格式的數(shù)據(jù)包，通過jQuery AJAX提交給Web Service程序。再由Web Service轉(zhuǎn)交給云平臺進行處理，從而實現(xiàn)基于jQuery與JSON的科學(xué)計算數(shù)據(jù)的傳遞。通過在云環(huán)境下藥代動力學(xué)的二房室靜脈注射模型的計算實例驗證該方法的可行性。

云計算；jQuery AJAX；JSON；Web服務(wù)

In the cloud computing environment，to solve the problem of data transmission between cloud client and cloud platform，proposes a data transmission method.Based on jQuery technology，computational data and related calculation parameters from web pages are packaged as JSON format.Then the data packet is submitted to Web Service using jQuery AJAX and then transferred to the cloud platform for processing by Web Service.Demonstrates the Performances of the proposed method by two-compartment intravenous injection model calculation example in pharmacokinetics.