燕 妮，李岳松，郭史進(jìn)，劉浩宇

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京100089）

閱讀是人類進(jìn)步的階梯，在新時(shí)代倡導(dǎo)全民閱讀，建設(shè)書香社會(huì)已經(jīng)成為一項(xiàng)必不可少的文化戰(zhàn)略。隨著近些年高校不斷擴(kuò)招，教學(xué)需求不斷增長以及社會(huì)呼吁環(huán)保理念，新舊二手書的循環(huán)利用已經(jīng)迫在眉睫。基于此，本次課題基于Python的Flask框架和爬蟲技術(shù)手段，開發(fā)了一款公益性質(zhì)的書本循環(huán)平臺(tái)，為供需雙方搭載了聯(lián)系的紐帶，學(xué)生們可以把閑置圖書上傳到這個(gè)平臺(tái)，也可以在平臺(tái)構(gòu)建自己的心愿書單。此次課題讓空閑的書本循環(huán)再利用，改善了資源的浪費(fèi)情況，培養(yǎng)了學(xué)生們勤儉環(huán)保的優(yōu)秀美德。

1 需求分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 書本循環(huán)平臺(tái)的需求分析

書本循環(huán)平臺(tái)的用戶主要分為三大類，包括管理員、登錄用戶和游客。書本循環(huán)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：登錄功能、書本總覽功能、詳情信息展示功能、贈(zèng)送清單功能、心愿單功能。登錄功能包括注冊(cè)、登錄和注銷；書本總覽功能在首頁展示了一部分圖書；詳情信息展示功能可以查看到本書的作者、出版年月日和書本簡介等信息并另一側(cè)推送相關(guān)書目。贈(zèng)送清單功能展示了用戶可以贈(zèng)送的書本清單，本平臺(tái)區(qū)別于其他平臺(tái)的地方是不需要拍照上傳等復(fù)雜工序，而是采用搜索書名或者ISBN編號(hào)實(shí)現(xiàn)快速錄入贈(zèng)送清單，極大提升了用戶的體驗(yàn)；心愿單功能可以列出用戶想獲得的書本信息，同樣采取搜索方式，點(diǎn)亮?xí)鞠路降男坌木涂商砑又列脑盖鍐?。?dāng)用戶訪問平臺(tái)時(shí)可以選擇注冊(cè)登錄或者游客身份，游客身份只能看到首頁展示的書目總覽及登錄后可查看自己的可贈(zèng)送清單和心愿單。系統(tǒng)總用例圖如圖1所示。

圖1 總用例圖

1.2 書本循環(huán)平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 書本循環(huán)平臺(tái)的概要設(shè)計(jì)

前后端都使用經(jīng)典的MVC設(shè)計(jì)模式[1]。MVC模式分離了視圖層和模型層，并通過控制層相連接。View層主要負(fù)責(zé)后臺(tái)數(shù)據(jù)的輸出、頁面的呈現(xiàn)和人機(jī)交互工作。Controller層用來處理系統(tǒng)業(yè)務(wù)，翻譯用戶輸入的信息，并按照用戶輸入生成操作模型傳送給Model層，以此滿足用戶需求。Model層負(fù)責(zé)管理行為和數(shù)據(jù)，行為表示更新來自Controller的狀態(tài)，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫相連接，根據(jù)請(qǐng)求加載后臺(tái)數(shù)據(jù)，完成業(yè)務(wù)邏輯，對(duì)頁面進(jìn)行渲染。

本課題設(shè)計(jì)的MVC書本循環(huán)平臺(tái)工程目錄結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 書本循環(huán)平臺(tái)工程目錄結(jié)構(gòu)圖

common文件包括libs和models文件，存放公共使用的函數(shù)和類[2]；config文件是整個(gè)工程不同環(huán)境的配置文件，例如基礎(chǔ)配置、本地配置和生產(chǎn)環(huán)境配置；controllers文件內(nèi)放置用戶登錄和書目信息管理代碼；interceptors是對(duì)運(yùn)行過程中異常處理的編寫；jobs文件夾主要存放爬蟲代碼，包括定時(shí)爬蟲和保存從html中獲得的信息；static文件是靜態(tài)文件，包括前端所需的CSS、JS等文件；templates是模板存放文件夾；application對(duì)全局變量類管理；manager是入口文件，啟動(dòng)整個(gè)工程；requirement.txt說明這個(gè)工程所用到的庫，方便后期維護(hù)和管理；www文件是路由核心文件。本MVC框架符合Web開發(fā)的需求和特點(diǎn)，它對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了合理分工，保證各個(gè)模塊同時(shí)啟動(dòng)，互不影響，開發(fā)效率顯著提高，節(jié)約了人力和時(shí)間成本。在開發(fā)Web項(xiàng)目時(shí)，使用MVC框架便于后期運(yùn)營和維護(hù)，方便系統(tǒng)化管理項(xiàng)目[3]。

1.2.2 書本循環(huán)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是后端管理必不可少的一步，好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)在特定的應(yīng)用環(huán)境里可以起到事半功倍的效果。將有效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以此滿足用戶的各項(xiàng)需求。本次課題采用Mysql數(shù)據(jù)庫服務(wù)和navicat可視化工具，主要設(shè)計(jì)了兩個(gè)表單：登錄注冊(cè)功能需要的user表單和書目管理所用到的book表單。登錄注冊(cè)模塊的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，表名為user。字段包括id序號(hào)主鍵、nickname昵稱、login_name登錄用戶名、login_pwd登錄用戶密碼、login_salt登錄密碼隨機(jī)字符串、status狀態(tài)（0：無效，1：有效）、updated_time最后一次更新時(shí)間、creatd_time插入時(shí)間。

書目管理系列用到的數(shù)據(jù)庫如表1所示，表名為book。

表1 書目管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 書本循環(huán)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)環(huán)境

書本循環(huán)平臺(tái)的整體框架[4]如圖3所示。

圖3 書本循環(huán)平臺(tái)整體架構(gòu)圖

Python計(jì)算機(jī)編程語言自20世紀(jì)90年代誕生以來，憑借其簡潔、規(guī)范、可讀性強(qiáng)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于腳本編寫和Web開發(fā)等領(lǐng)域[5]，Python語言既支持面向?qū)ο缶幊桃仓С置嫦蜻^程編程，它不僅有豐富的準(zhǔn)庫還擁有很多第三方庫，這使得開發(fā)人員使用Python可以便捷地解決系列融合問題，使互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品易于維護(hù)和迭代。本次課題主要的編譯器是Pycharm，其自帶的調(diào)試功能、自動(dòng)整理代碼格式、歷史提交回滾等功能幫助開發(fā)人員提高了開發(fā)效率。開發(fā)框架選擇的是Flask框架，是一個(gè)輕量級(jí)Web開發(fā)框架，功能強(qiáng)大且兼容其他庫來實(shí)現(xiàn)開發(fā)需求，它靈活且可擴(kuò)展性強(qiáng)[6]，Werkzeug和模板引擎Jinja是Flask的核心應(yīng)用。先將Flask實(shí)例化，接受一個(gè)name參數(shù)，用戶在瀏覽器前端做出指令，發(fā)送HTTP請(qǐng)求，將請(qǐng)求傳送回服務(wù)器，F(xiàn)lask用werkzeug做出路由分發(fā)，為每個(gè)Url找到對(duì)應(yīng)的視圖函數(shù)，接著Flask調(diào)用視圖函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)操作，再將響應(yīng)結(jié)果返回客戶端，并將數(shù)據(jù)渲染到頁面上，以此完成一次程序運(yùn)行。

Nginx是輕量級(jí)Web服務(wù)器，適用于高并發(fā)連接且內(nèi)存消耗少，可供跨平臺(tái)多個(gè)開發(fā)系統(tǒng)使用[7]，是本次課題服務(wù)器選擇方面的不二法門。由于windows系統(tǒng)不支持uwsgi插件，因此需要tornado插件來配合部署高并發(fā)架構(gòu)。在Flask框架中，路由的設(shè)置需使用route屬性，這種方式是默認(rèn)使用get請(qǐng)求，如果需要post請(qǐng)求則需要在列表容器methods中特別設(shè)定。當(dāng)項(xiàng)目較大時(shí)，需要的視圖函數(shù)會(huì)很多，此時(shí)需要使用藍(lán)圖Blueprint來區(qū)分模塊，這樣也有利于后期的代碼維護(hù)。

前端部分采用bootstrap前端開發(fā)框架，可使前端開發(fā)更加迅速簡單。toC比較注重交互，前端采用bootstrap響應(yīng)式布局，以及骨架圖初始化呈現(xiàn)未加載數(shù)據(jù)頁面，響應(yīng)式布局對(duì)頁面縮放拖拽特性友好，頁面應(yīng)該有能力去自動(dòng)響應(yīng)用戶的設(shè)備環(huán)境，同時(shí)會(huì)考慮一些不同瀏覽器之間的兼容性。另一方面使用模版引擎渲染技術(shù)，利用正則表達(dá)式分解出普通字符串和模板標(biāo)識(shí)符，將模版表達(dá)式替換為瀏覽器語言表達(dá)式，模版引擎將數(shù)據(jù)和頁面分離，可以通過變量更新頁面，提高代碼復(fù)用擴(kuò)展能力，并且可以在頁面中寫入一些具體邏輯，方便渲染。網(wǎng)頁調(diào)試工具可以采用chrome插件類產(chǎn)品，可以發(fā)送所有類型請(qǐng)求的postman進(jìn)行接口測(cè)試工作。

書籍清單主要依靠爬蟲技術(shù)和正則表達(dá)式獲得。一只爬蟲可以從目標(biāo)網(wǎng)頁的html中提取開發(fā)者的需求內(nèi)容，以及和網(wǎng)頁進(jìn)行交互。本次課題使用的是BeautifulSoup庫，用來解析html，但在代碼編寫時(shí)要注意查看源碼的編碼方式，加以解碼[8]。之后將爬到的數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)化格式傳遞給model業(yè)務(wù)邏輯層，邏輯層使用正則表達(dá)式和第三方庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗與封裝，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)庫將用于存儲(chǔ)用戶的賬號(hào)密碼，并使用md5加密[9]保護(hù)用戶的隱私性。書單查詢、修改和新增等操作也是基于數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的。

2.2 書本循環(huán)平臺(tái)的模塊實(shí)現(xiàn)

登錄模塊主要分為注冊(cè)和登錄兩部分，點(diǎn)擊注冊(cè)按鈕會(huì)跳轉(zhuǎn)到注冊(cè)頁面，用戶輸入信息會(huì)判斷其完整度和格式標(biāo)準(zhǔn)度，給用戶相應(yīng)的反饋，如圖4所示。

圖4 注冊(cè)模態(tài)框

書籍總覽和書本詳情信息數(shù)據(jù)來源：通過封裝的Hook函數(shù)以及Ngnix定時(shí)任務(wù)，從一些開放式網(wǎng)站定時(shí)爬取最新的數(shù)據(jù)，并將其存放到數(shù)據(jù)庫中。整體頁面通過模板引擎渲染，當(dāng)用戶訪問不同頁面時(shí)，瀏覽器會(huì)根據(jù)請(qǐng)求發(fā)送信息到Nginx服務(wù)器，并發(fā)訪問視圖函數(shù)，將需求信息呈現(xiàn)出來。效果如圖5所示。

圖5 書籍詳情展示效果圖

3 總結(jié)

本文基于Python的Flask框架，結(jié)合爬蟲技術(shù)設(shè)計(jì)了一款書籍循環(huán)平臺(tái)，該平臺(tái)設(shè)計(jì)美觀大方，交互靈活且人性化，代碼段內(nèi)聚性高耦合性低且可讀性強(qiáng)，便于后期維護(hù)，同時(shí)巧妙利用瀏覽器的cookie機(jī)制，改善服務(wù)器的負(fù)荷壓力，提高頁面響應(yīng)性能。平臺(tái)旨在實(shí)現(xiàn)書籍再利用，有效緩解了高校書籍浪費(fèi)現(xiàn)象，為推動(dòng)節(jié)約型環(huán)保社會(huì)奉獻(xiàn)了一份力量。