林 珠，李海威，楊柏藹

(1.廣東省科技基礎(chǔ)條件平臺中心 高性能計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510033；2.華南師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510631)

基于云存儲與J2EE架構(gòu)的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

林 珠1，李海威1，楊柏藹2

(1.廣東省科技基礎(chǔ)條件平臺中心 高性能計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510033；2.華南師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510631)

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，云計(jì)算及其數(shù)據(jù)處理技術(shù)在信息系統(tǒng)中的運(yùn)用越來越普及，特別在數(shù)據(jù)的存儲與服務(wù)的應(yīng)用方面，云計(jì)算具有大規(guī)模存儲和按需服務(wù)的優(yōu)勢。如果將云計(jì)算技術(shù)與當(dāng)前J2EE技術(shù)相結(jié)合，能夠促進(jìn)信息系統(tǒng)的高效運(yùn)行和服務(wù)推廣。為運(yùn)用存儲技術(shù)解決現(xiàn)階段常見的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共存的問題，以建設(shè)青少年創(chuàng)新服務(wù)平臺為背景，在青少年創(chuàng)新服務(wù)平臺需求分析的基礎(chǔ)上，將云計(jì)算中的存儲技術(shù)與現(xiàn)階段流行的J2EE開發(fā)框架有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于云存儲與SpringMVC、MyBatis架構(gòu)的青少年創(chuàng)新服務(wù)平臺系統(tǒng)，并運(yùn)用于青少年創(chuàng)新資源庫的存儲，較好地解決了云存儲與信息系統(tǒng)中MVC框架相結(jié)合的問題。運(yùn)行結(jié)果表明，所構(gòu)建的青少年創(chuàng)新服務(wù)平臺，有效促進(jìn)了廣東省青少年科技工作的開展，加快了廣東省青少年科技創(chuàng)新能力建設(shè)的進(jìn)程。

創(chuàng)新服務(wù)平臺；Spring；MVC；MyBatis；NoSQL

0 引 言

當(dāng)今世界，科技發(fā)展繼續(xù)突飛猛進(jìn)，科學(xué)技術(shù)已成為經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的主要驅(qū)動力。科技創(chuàng)新能力作為科技競爭力的核心和國家競爭力的基石，正以前所未有的力量左右著國際競爭的格局。國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐步進(jìn)入了一個從傳統(tǒng)生產(chǎn)要素驅(qū)動向創(chuàng)新要素驅(qū)動的新階段，建設(shè)創(chuàng)新型國家是二十一世紀(jì)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步的重大戰(zhàn)略[1]。青少年作為祖國未來建設(shè)的接班人，其科技創(chuàng)新能力直接影響著創(chuàng)新型國家的建設(shè)。青少年科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)離不開良好的創(chuàng)新活動環(huán)境，廣東省青少年科技競賽服務(wù)平臺的建設(shè)是實(shí)施素質(zhì)教育和搭建青少年科技創(chuàng)新環(huán)境的重要渠道和方式之一，能夠?qū)⑶嗌倌昕萍蓟顒拥馁Y源有機(jī)結(jié)合在一起，為青少年提供更豐富的科技教育資源，為青少年科技競賽活動組織實(shí)施者提供開展活動所需的資源和技術(shù)支持。通過該平臺的有效實(shí)施，可以提高青少年的科技創(chuàng)新能力，促進(jìn)青少年對科學(xué)的積極態(tài)度，促進(jìn)青少年跟科技工作者的分享和交流；可以提高青少年的團(tuán)隊(duì)合作能力；可以提高青少年學(xué)習(xí)科學(xué)知識的技能，促進(jìn)青少年提高自主解決問題的能力；可以提高青少年在課外的工作技能和獨(dú)立工作的能力。

因此，建設(shè)廣東省青少年科技競賽服務(wù)平臺，既是保障國家科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重大戰(zhàn)略舉措，也是解決廣東對科技創(chuàng)新型人才的長久需求，確保廣東經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的必然要求，具有十分深遠(yuǎn)的意義。為此，基于現(xiàn)階段流行的J2EE架構(gòu)，搭建了MyBatis+Spring MVC+VUE框架[2]，并采用云存儲方式解決青少年創(chuàng)新資源庫的存儲難題[3]，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了廣東省青少年科技競賽服務(wù)平臺的建設(shè)。

1 平臺需求分析

“廣東省青少年科技競賽服務(wù)平臺”是具有信息發(fā)布、交流學(xué)習(xí)、活動申報、作品查詢等功能的綜合性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，該項(xiàng)目整合了廣東省青少年科技創(chuàng)新活動中所有科技創(chuàng)新作品資源，采用基于云計(jì)算的體系架構(gòu)，建立一個面向全省青少年和青少年活動實(shí)施者的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云，為服務(wù)對象提供按需自助的云服務(wù)。項(xiàng)目建設(shè)圍繞青少年科技競賽活動中科技競賽項(xiàng)目申報和科技創(chuàng)新作品資源整合兩部分內(nèi)容開展，充分利用全省的科技創(chuàng)新資源有效促進(jìn)青少年科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(1)科技競賽服務(wù)子平臺。

科技競賽服務(wù)平臺為青少年提供各式各樣的科技活動信息和科技活動資源，為青少年活動的實(shí)施者，包括政府、學(xué)校、研究所等活動開展工作提供方便快捷的服務(wù)。通過該科技競賽服務(wù)平臺，青少年能了解全省范圍內(nèi)的各種競賽項(xiàng)目，以平臺為橋梁參與各種競賽活動。平臺采用WEB2.0交互式應(yīng)用技術(shù)，支持各類機(jī)構(gòu)和人員便捷地進(jìn)行活動申報與審批，作品提交與查詢，網(wǎng)上交流和合作研究等，有效促進(jìn)全省的科技創(chuàng)新服務(wù)工作的開展?？萍几傎惙?wù)平臺主要包括信息發(fā)布、交流學(xué)習(xí)、活動申報、作品查詢等功能。

信息發(fā)布的內(nèi)容主要包括單位簡介、新聞動態(tài)、通知文件、活動介紹、活動掠影、地方快訊、資料下載、網(wǎng)站鏈接等。主要內(nèi)容圍繞廣東省青少年科技競賽的主題來進(jìn)行，通過平臺，青少年用戶和社會各界人士可以獲悉組織各類競賽的組織單位介紹，最新的關(guān)于青少年科技競賽開展的活動信息，以及廣東省內(nèi)各地區(qū)開展科技競賽的情況和成果；而組織單位可以通過平臺發(fā)布相關(guān)的競賽通知文件，詳細(xì)介紹各類競賽規(guī)則，宣傳科技知識、上傳科技材料等。

交流學(xué)習(xí)主要是為了促進(jìn)青少年活動的實(shí)施者進(jìn)行科技創(chuàng)新教育工作方面的交流。交流學(xué)習(xí)面向廣東省青少年科技教育協(xié)會會員及其他各市縣的管理人員。登陸方式選取會員登陸，然后可以使用平臺的交流學(xué)習(xí)模塊進(jìn)行相互溝通。

活動申報系統(tǒng)是平臺的重要組成部分，也是協(xié)助廣東省范圍內(nèi)科技競賽活動成功開展的有效舉措。競賽活動的申請者可以對創(chuàng)新大賽、機(jī)器人競賽等各類科技創(chuàng)新活動進(jìn)行申報，申報由省級管理者抽取項(xiàng)目授權(quán)號給地市管理者，而申報人員憑該授權(quán)號在申報系統(tǒng)中進(jìn)行活動申報。申報人員通過申報系統(tǒng)提交需求和相關(guān)信息，提交也可以對自己以往的申請紀(jì)錄進(jìn)行查看，并在該申報系統(tǒng)中獲悉最終的申報結(jié)果。

(2)創(chuàng)新資源庫。

平臺需建設(shè)高質(zhì)量、具有實(shí)際應(yīng)用的創(chuàng)新作品資源庫，該庫主題分明、內(nèi)容齊全、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化、平臺穩(wěn)定，同時涵蓋了各年級、各學(xué)科，各種創(chuàng)新競賽等多種形式的作品。創(chuàng)新作品資源庫收集和整合的內(nèi)容主要包括廣東省范圍內(nèi)創(chuàng)新大賽的作品以及全省機(jī)器人競賽創(chuàng)意類作品等所有全省范圍內(nèi)開展的青少年科技創(chuàng)新活動的作品資料。

創(chuàng)新資源庫的創(chuàng)新之處在于該資源庫并非是簡單的信息統(tǒng)計(jì)，而是通過整合技術(shù)需要將作品進(jìn)行分門別類，集資料檢索、查詢于一體。該資源庫主要研究基于互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新資源的自動監(jiān)測與采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對青少年科技創(chuàng)新資源信息智能分析、自動分類和自動索引，結(jié)合智能整合方式、動態(tài)感知和信息導(dǎo)航等多種技術(shù)，為平臺高效的信息整合提供有力的技術(shù)支撐。

2 平臺整體架構(gòu)

針對以上架構(gòu)的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)、快速部署、便于維護(hù)的目標(biāo)，使用B/S設(shè)計(jì)模式，其軟件體系結(jié)構(gòu)采用基于構(gòu)件和服務(wù)的分布式計(jì)算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4]，如圖1所示。

平臺采用四個高性能計(jì)算搭建成Hadoop集群[5]，其中主節(jié)點(diǎn)一個，從節(jié)點(diǎn)三個。主節(jié)點(diǎn)作為分布式存儲的入口，三個從節(jié)點(diǎn)均安裝基于Hive的開源數(shù)據(jù)倉庫框架的數(shù)據(jù)庫集群[6]和基于Hbase技術(shù)的NoSQL存儲集群[7]。

圖1 廣東省青少年科技競賽服務(wù)平臺架構(gòu)

整個系統(tǒng)在分布式企業(yè)開發(fā)平臺(J2EE)框架基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，采用當(dāng)前流行的MyBatis+Spring MVC+VUE框架[8]，其中MyBatis用于處理結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，與Hive數(shù)據(jù)庫直接關(guān)聯(lián)，其非結(jié)構(gòu)化部分，將采用NoSQL數(shù)據(jù)庫[9]進(jìn)行存儲。平臺最終創(chuàng)建了創(chuàng)新資源庫，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行信息發(fā)布、學(xué)習(xí)交流、活動申報、作品查詢等，有利于青少年開展創(chuàng)新活動。

3 平臺關(guān)鍵技術(shù)

3.1MyBatis+SpringMVC+VUE框架

在開發(fā)過程中采用高吞吐量的MVC設(shè)計(jì)模式，框架為MyBatis+Spring MVC+VUE，如圖2所示。

圖2 MyBatis+Spring MVC+VUE框架

在Web應(yīng)用系統(tǒng)里使用MVC三層架構(gòu)是最普遍的方法，包括數(shù)據(jù)持久層、業(yè)務(wù)層和表示層[10]。數(shù)據(jù)持久層主要進(jìn)行對數(shù)據(jù)庫的操作，考慮到青少年創(chuàng)新資源的數(shù)據(jù)類型多樣，將其分為結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化進(jìn)行存儲。因此，該部分主要分為兩個方面：一方面，為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供的Mybatis技術(shù)與Hive數(shù)據(jù)庫進(jìn)行SQL連接；另一方面，為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供NoSQL連接Hbase數(shù)據(jù)庫[11]。業(yè)務(wù)層主要是處理一些業(yè)務(wù)邏輯，包括對數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，對業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)。表示層主要處理兩件事情，一件是接收和處理用戶的請求，另一件是發(fā)布交易數(shù)據(jù)。

選用J2EE技術(shù)結(jié)合MVC(模型、視圖、控制器)等軟件設(shè)計(jì)思想來開發(fā)管理系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，在前臺采用靈活豐富的各種控件進(jìn)行界面展示，為用戶進(jìn)行存儲管理和應(yīng)用提供良好的用戶體驗(yàn)。其中Mybatis框架用來讀寫MySQL數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)持久層功能；VUE框架用來實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)邏輯，渲染界面視圖；Spring MVC框架用來充當(dāng)控制器核心,同時作為底層的Ioc容器，用來提供對象的依賴注入，并整合和集成Mybatis和VUE這兩個框架，使其運(yùn)行協(xié)調(diào)有效。

3.2以云存儲的方式搭建創(chuàng)新作品庫

項(xiàng)目采用云存儲的方式搭建創(chuàng)新作品庫，利用了前沿的云計(jì)算技術(shù),將高性能計(jì)算機(jī)集群建設(shè)作為超云服務(wù)器。平臺采用四個高性能計(jì)算搭建成Hadoop集群[12]，其中主節(jié)點(diǎn)一個，從節(jié)點(diǎn)三個。主節(jié)點(diǎn)作為分布式存儲的入口，協(xié)同為用戶提供存儲服務(wù)，三個從節(jié)點(diǎn)均安裝基于Hive的開源數(shù)據(jù)倉庫框架的數(shù)據(jù)庫集群和基于Hbase技術(shù)的NoSQL存儲集群。

Hive是基于Hadoop的開源數(shù)據(jù)倉庫框架，具有數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、成本低廉、擴(kuò)展性好、支持標(biāo)準(zhǔn)SQL查詢語言等特點(diǎn)，但也存在不支持?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)處理、應(yīng)用整合能力不足、查詢延遲等問題。Hbase是在Hadoop之上構(gòu)建的非關(guān)系型、面向列存儲的開源分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其具有數(shù)據(jù)有序稀疏數(shù)據(jù)列存儲、行級別數(shù)據(jù)一致性等特點(diǎn)，但存在面向特定應(yīng)用設(shè)計(jì)，應(yīng)用代碼重用度不高、缺乏統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品成熟度不高等問題[13]。

在數(shù)據(jù)存儲和管理機(jī)制上，將在Hive、Hbase等開源工具的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善。在數(shù)據(jù)分布式加載框架方面，結(jié)合創(chuàng)新資源的預(yù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)并行、持續(xù)、可預(yù)處理的分布加載系統(tǒng)；在智能索引機(jī)制方面，將在基于數(shù)據(jù)塊統(tǒng)計(jì)信息的查詢優(yōu)化實(shí)際上投入更多精力，通過創(chuàng)新資源存儲智能分層和分類技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)面向不同查詢，根據(jù)查詢代價動態(tài)選擇索引，進(jìn)一步縮短查詢響應(yīng)時間。

Hive與Hbase的結(jié)合存儲，也就是SQL與NoSQL的結(jié)合存儲[14]。NoSQL具有動態(tài)擴(kuò)展的優(yōu)勢，特別適合存儲創(chuàng)新作品這種類型的數(shù)據(jù)，然而，作為信息平臺，仍需要處理和維護(hù)關(guān)系型數(shù)據(jù)，因此平臺根據(jù)不同的情況采取不同的存儲方式。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，仍按平常的方式進(jìn)行存儲，即采用SQL進(jìn)行寫入HIVE數(shù)據(jù)庫，查詢直接從HIVE數(shù)據(jù)庫讀??；對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，在寫入Hbase數(shù)據(jù)庫的同時，將基本索引信息同時寫入HIVE數(shù)據(jù)庫，查詢時直接從Hbase數(shù)據(jù)庫中讀取。將非結(jié)構(gòu)化的基本信息同時存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，保障了平臺在實(shí)現(xiàn)信息展示、活動申報、作品審批等業(yè)務(wù)功能更容易實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 成果與應(yīng)用

項(xiàng)目建設(shè)了廣東省青少年科技競賽服務(wù)平臺，通過平臺，帶動了廣東省青少年科技教育活動的發(fā)展，通過平臺積極開拓，不斷創(chuàng)新，組織開展形式多樣、深受廣大青少年喜愛的科技教育活動，充分利用全省的科技創(chuàng)新資源有效促進(jìn)青少年科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。形成了廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽、廣東省青少年機(jī)器人競賽、廣東省青少年科學(xué)教育特色學(xué)校創(chuàng)建活動、全國青少年高?？茖W(xué)營廣東營活動和廣東省青少年科學(xué)調(diào)查體驗(yàn)活動等青少年科技活動品牌，活動多，普及面廣，成效顯著。

平臺前端界面如圖3所示。

圖3 平臺效果展示

平臺進(jìn)行多元化在線服務(wù)，為學(xué)生、教師、組織者、專家、家長等用戶提供活動申報、專家評審、會員申請、互動交流、檔案查詢等功能，有效促進(jìn)青少年科技創(chuàng)新服務(wù)的開展。

5 結(jié)束語

為了解決現(xiàn)階段信息系統(tǒng)中常見的結(jié)構(gòu)化存儲與非結(jié)構(gòu)化存儲共存的問題，充分利用MyBatis+Spring MVC+VUE框架，將數(shù)據(jù)分別存入Hive與Hbase數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了青少年創(chuàng)新服務(wù)平臺。通過該平臺，青少年可以自主學(xué)習(xí)科普知識，了解科技發(fā)展現(xiàn)狀，以及同齡人所關(guān)注的科技活動，該平臺所起的作用不僅僅是青少年科技資源的共享，同時也是青少年科技學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)的有效依托。平臺建設(shè)完成后，有效促進(jìn)了廣東省青少年科技工作的開展，提高了各種競賽的組織實(shí)施和評審工作，加快了青少年科技創(chuàng)新能力建設(shè)的進(jìn)程。

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DesignandApplicationofInformationSystemBasedonCloudStorageandJ2EEArchitecture

LIN Zhu1，LI Hai-wei1，YANG Bai-ai2

(1.Key Lab of High Performance Computing,Guangdong Province Science and Technology Basic Condition Platform Center,Guangzhou 510033,China; 2.College of Computer,South China Normal University,Guangzhou 510631,China)

With the advent of big data era,the cloud computing and its data processing technology have become more and more popular in applications of information system.Especially in applications of data storage and service,it has advantages of large-scale storage and on-demand services.The cloud computing technology combined with the current J2EE technology can promote the efficient operation of information systems and services.In order to solve the problem of coexistence of structured and unstructured data at the present stage,with construction of youth innovation service platform as background,the analysis on requirements of that is conducted.Thus a youth innovation service platform system based on cloud storage and SpringMVC,MyBatis architecture is designed and established via integration of storage technology with currently popular J2EE development framework,which has been applied in the storage of youth innovation service platform and has solved the problem in integration of cloud storage with MVC framework.The operation results show that it has effectively promoted the expansion of science and technology among the youths in Guangdong Province,and accelerated the construction of science and technology innovation capability in Guangdong Province.

innovation service platform；Spring；MVC；MyBatis；NoSQL

TP302

A

1673-629X(2017)10-0177-04

2016-10-31

2017-02-10 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間

時間：2017-07-19

廣東省科研設(shè)施與儀器向社會開放共享(試點(diǎn))及共享服務(wù)管理模式創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2015B030304001);廣東省科技資源數(shù)據(jù)分析與開放共享服務(wù)平臺建設(shè)(2014B070706004);大型設(shè)施設(shè)計(jì)虛擬展示關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)(2015A030401052)

林 珠(1983-)，女，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘和人工智能、信息系統(tǒng)。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170719.1109.034.html

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.10.037