第３５卷２００７年第６期
６月
华中科技大学学报（自然科学版）
Ｊ．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（ＮａｔｕｒｅＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３５Ｎｏ．６
Ｊｕｎ．２００６基于Ｊ２ＥＥ核心模式的组合Ｗｅｂ框架研究
亮齐欢王小平陈迎春
（华中科技大学控制科学与工程系，湖北武汉４３００７４）
摘要：在研究多种Ｊ２ＥＥｗｅｂ框架和Ｊ２ＥＥ核心模式的基础上，提出了一种基于Ｊ２ＥＥ核心模式的组合ｗｅｂ框架——ＣｗＦＢＰ（ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＷｅｂＦｒａｍｅｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｎｃｏｒｅＪ２ＥＥＰａｔｔｅｒｎｓ）模型．框架采用分层体系架构，集成了开源的Ｊ２ＥＥｗｅｂ框架和持久层框架，并在表示层和业务层综合应用多种Ｊ２ＥＥ核心模式，实现了层次之问和业务层内部的松散耦合，提高了系统的可复用性和开放性．研究了Ｎ层计算模式、ＡＪＡＸ和正则表达式等在模型中的应用．采用ＣＷＦＢＰ进行软件架构，设计实现了三峡——葛洲坝水利枢纽通航调度系统．系统运行实践表明了ＣｗＦＢＰ的正确性和有效性．
关键词：Ｊ２ＥＥ核心模式；Ｗｅｂ框架；松散耦合；复用性；通航调度
中图分类号：ＴＰ３９３文献标识码：Ａ文章编号：１６７ｌ一４５１２（２００７）０６一００４３一０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｃｏｍｐ惦ｉｔｅＷｅｂｆｒａｍｅｗｏｒｋｂ嬲ｅｄ
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Ａｂｓｔｒ越ｔ：ＡｎｅｗｃｏｍｐｏｓｉｔｅＷｅｂｆｒａｍｅｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｎｃｏｒｅＪ２ＥＥｐａｔｔｅｒｎｓ（ＣＷＦＢＰ）ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｆｔｅｒａｎａｌｙｚｉｎｇｃｏｒｅＪ２ＥＥｐａｔｔｅｒｎｓａｎｄｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ
Ｗｅｂａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＤｅＶｅＩｏｐｅｄｕｎｄｅｒｍｕｌｔｉ—ｔｉｒｅｄａｒｃｈｉｔｅｃ—ｔｕｒｅａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈｗｅｌｌ—ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｏｐｅｎｓｏｕｒｃｅＪ２ＥＥＷｅｂａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ，ＣＷＦＢＰｅｎ—ｊｏｙｓｓｅｖｅｒａｌａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｌｏｏｓｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｍｏｎｇｌａｙｅｒｓ，ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ，ｒｅｐｌａｃｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｕｓａｂｉｌｉ～ｔｙ．
Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＮ一１ａｙｅｒｃｏｍｐｕｔｉｎｇｍｏｄｅｌ，ＡＪＡＸａｎｄｒｅｇｕＩａｒｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｉｎＣＷＦＢＰｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｃｏ—ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓ—ＧｅｚｈｏｕｂａＤａｍｓｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎ—ｔｅｄｕｎｄｅｒＣＷＦＢＰ．Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｓｓｈｏｗｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆＣＷＦＢＰ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｒｅＪ２ＥＥｐａｔｔｅｒｎｓ；Ｗｅｂｆｒａｍｅｗｏｒｋ；ｌｏｏｓｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｒｅｕｓａｂｉｌｉｔｙ；ｎａＶｉｇａｔｉｏｎｃｏ—ｓｃｈｅｄｕ—ｌｉｎｇ
本文提出一种基于Ｊ２ＥＥ核心模式的组合Ｗｅｂ框架——ＣＷＦＢＰ，通过综合应用各种优秀、开源的Ｊ２ＥＥｗｅｂ框架、持久化框架以及Ｊ２ＥＥ核心模式（拦截过滤器、前端控制器、服务定位器、数据访问对象工厂策略等［１’２］），实现了各个层面之间和业务层内部的松散耦合口］，使ＣＷＦＢＰ具有较好的开放性和灵活性；通过添加对ＡＪＡＸ的支持，实现了ＣＷＦＢＰ客户端的动态显示和交互；通过应用正则表达式等客户端验证方法，完善了ＣＷＦＢＰ的验证机制．基于该框架设计实现了三峡一葛洲坝水利枢纽通航调度系统．
基于Ｊ２ＥＥ核心模式的组合Ｗｅｂ
框架（ＣＷＦＢＰ）
ＣＷＦＢＰ的整体结构如图１所示．
１．１客户端
与一般意义上的客户端不同，ＣＷＦＢＰ的客户端除应用程序客户端之外，还包含ＡＪＡＸ引
收稿日期：２００６一０３—２３．
作者简介：曾亮（１９８０一）．男，博士研究生；武汉，华中科技大学控制科学与工程系（４３００７４）．Ｅ。ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｌｌｌｏ＠１６３．ｃｏｍ
基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０５７４０８８）．
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擎．ＡＪＡＸ（ＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＪａｖａＳｃｒｉｐｔａｎｄＸＭＬ）并不是一门新的语言或技术，它实际上是几项技术按一定的方式组织在一起协作发挥作用，包括：使用ＸＨＴＭＬ和ＣＳＳ标准化呈现；使用ＤＯＭ（Ｄｏｃｕｍｅｎｔ０ｂｊｅｃｔＭｏｄｅｌ）实现动态显示和交互；使用ＸＭＬ和ＸＳＬＴ进行数据交换与处理；使用
表现层
业务层
持久层ＸＭＬＨｔｔｐＲｅｑｕｅｓｔ进行异步数据读取；最后用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ绑定和处理所有数据．ＡＪＡＸ不同于传统Ｗｅｂ处理方式的地方在于它的异步特性（用户操作与服务器响应异步化），将以前服务器负担的一些工作转移到客户端，有利于利用客户端闲置的处理能力，减轻服务器和宽带的负担．
图１ＣｗＦＢＰ的整体结构图
客户端包含ＡＪＡＸ引擎后，就可以在Ｊａｖａ－Ｓｃｒｉｐｔ里自由访问Ｗｅｂ服务器的资源，就像访问浏览器本地代码一样，并且可以轻松地利用获取的数据向客户端动态地生成内容．
１．２表现层
表现层的主要功能是接收、管理来自客户端的请求，并调度相应的Ａｃｔｉｏｎ来处理请求，同时传递请求过程中的数据，最后将执行结果返回客户端．ＣＷＦＢＰ的表现层包含一个ＷｅｂＷｏｒｋ框架和一个虚拟的Ｓｔｒｕｔｓ框架．表现层中，Ｆｒｏｎｔ—Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ是ＷｅｂＷｏｒｋ框架和虚拟Ｓｔｒｕｔｓ框架的前端控制器（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）．前端控制器结构图如
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小服务器前端ｌＪｓＰ前端ｌｌ！型至
图２前端控制器结构图
图２所示．其中的控制器负责定位特定的操作（ａｃｔｉｏｎ）、应用控制器或派遣器，完成上下文转换，并把控制权转发到该操作上；派遣器负责视图管理和导航．通过这个公共前端控制器的使用，给客户端的ＨＴＴＰ请求安排惟一的访问点，对表现层的逻辑进行集中控制，将表现层和业务层分开，简化了表现层结构，有利于实现表现和数据的松散耦合，同时也可以结合Ｗｅｂｗｏｒｋ和Ｓｔｒｕｔｓ框架二者的优势，方便地扩展系统功能．
在ＣＷＦＢＰ中，继承了Ｗｅｂｗｏｒｋ的很多核心功能，如拦截器，ＩｏＣ（ＩｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌ，倒置控制）容器、表达式语言（ＯＧＮＬ＿ｔｈｅＯｂｊｅｃｔＧｒａｐｈＮｏｔａｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅ）、类型转换等，另外还充分利用Ｓｅｒｖｌｅｔ组件技术，使Ｓｅｒｖｌｅｔ担任拦截过滤器或者Ｗｅｂ页面之间的消息转发器的角色‘引．
在ＣＷＦＢＰ的表现层应用的另一个Ｊ２ＥＥ核心模式是拦截过滤器．拦截过滤器在请求到达ＪＳＰ或Ｓｅｒｖｌｅｔ之前或响应返回客户端之前添加一些额外的操作，实现Ｗｅｂ应用程序中的预处理和后处理逻辑，例如会话处理、权限控制、日志记录、字符集转换等．这也是分散关注的编程方法，即ＡＯＰ（ＡｓｐｅｃｔＯｒｉｅｎｔｅｄＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，面向切面编程）．另有一个过滤器管理器，与Ｕｎｉｘ和ＤＯＳ命令中的管道类似，是Ｓｅｒｖｌｅｔ链提供Ｓｅｒｖ—ｌｅｔ应用的一种特殊功能，可以将各个处于松耦合关系的过滤器以特定顺序链接起来，并把控制依次委派给合适的过滤器．拦截过滤器作为可插入的Ｗｅｂ组件。可以通过Ｗｅｂ部署描述符中的
第６期
曾亮等：基于Ｊ２ＥＥ核心模式的组合ｗｅｂ框架研究
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ＸＭＬ标签来灵活地声明配置，它对Ｓｅｒｖｌｅｔ和ＪＳＰ页面以及Ａｃｔｉｏｎ来说是透明的．拦截过滤器在运行时由Ｓｅｒｖｌｅｔ容器动态调用，实现了控制集中化．
１．３
业务层
业务层负责实现业务规则和系统需求．为实
现业务层的解耦，使应用程序的各部分和业务逻辑的各个层面之间相互独立，在ＣｗＦＢＰ的业务层中引入Ｎ层计算模式．具体开发时，根据系统需求和业务规则，将高级别的业务逻辑和低级别的数据访问逻辑分离，使下一层完全向上层隐藏实现细节，然后部署到Ｎ层计算模式的不同层次中去嘲．ＣＷＦＢＰ的业务层的构成方式有如图３
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图３ＣＷＦＢＰ业务层的构成方式
所示的（ａ）～（ｃ）三种．其中的Ａｃｔｉｏｎ是表示层请求的每个动作，ＢｕｓｉｎｅｓｓＳｅｒｖｉｃｅ对应具体的业务操作．Ａｃｔｉｏｎ的主要功能是提供从请求中取得参数的值，转化成相应的模型，再将模型传递给执行业务操作的对象，由业务对象执行业务操作，再返回执行的结果．ＤＡ０采用了Ｊ２ＥＥ设计模式中的数据访问对象（ＤａｔａＡｃｃｅｓｓＯｂｊｅｃｔ）模式，封装了数据访问及操作的逻辑，用于访问、操作持久化存储介质中的数据，为异构数据源提供了一个统一的数据访问ＡＰＩ，消除了应用程序其余部分对持久化存储实现机制之间的耦合．在ＣＷＦＢＰ中，把数据访问对象模式与工厂方法（ＦａｃｔｏｒｙＭｅｔｈｏｄ）模式结合，形成数据访问对象工厂策略，使用工厂方法模式来实现具体工厂和工厂的产品ＤＡＯ．
ＤｏｍａｉｎＯｂｊｅｃｔｓ即与数据库表结构对应的持久化
对象．Ｎ层计算模式和Ｊ２ＥＥ核心模式的结合使用，降低了应用程序各部分之间和应用层与持久层之间的耦合程度，提高了ＣＷＦＢＰ的灵活性和易扩展性．１．４持久层
持久层负责从一个或多个数据库中存取数据，并把关系表记录完整地映射到持久对象的关系上来．它必须包含一个业务域实体模型．目前在Ｊ２ＥＥ架构中开发持久层可选用ＣＭＰ（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ＿
ｍａｎａｇｅｄ
ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ），ＪＤＢＣ／ＳＱＬ／ＤＡＯ，ＪＤ０
（ＪａＶａＤａｔａＯｂｊｅｃｔ）等．使用ＪＤＢＣ／ＳＱＬ／ＤＡＯ手
工编码实现持久层时，需要为每个类编写持续性代码，代码量很大，并且缺乏灵活性，维护困难；ＣＭＰ和ＪＤＯ都不是轻量级封装，本身比较复杂，调试困难，并且ＪＤ０是商业产品，没有开源免费实现，ＪＤ０１．０的标准还很不完善，各厂商的ＪＤＯ产品的分裂情况也比较严重．
基于上面的这些考虑，选择采用Ｈｉｂｅｒｎａｔｅ作为数据持久层框架［６］．通过Ｈｉｂｅｒｎａｔｅ官方提供的ＭｉｄｄｌｅＧｅｎ
ｆｏｒＨｉｂｅｒｎａｔｅ和Ｈｉｂｅｒｎａｔｅ—Ｅｘ—
ｔｅｎｓｉｏｎ工具包，可以很方便地导出数据库表结构，生成ＯＲＭ和ＰＣＩＪＯ．正因为Ｈｉｂｅｒｎａｔｅ具有完备的对象一关系映射策略，支持复杂的对象模型，并且存取策略（懒加载和即时存取）和缓存策略都对应用透明地实现，所以对持久层的操作非常简便高效［７］．２
ＣＷＦＢＰ应用实例
为了提高三峡船闸和葛洲坝船闸的通过能
力，最大限度地满足船舶过坝要求，保证船舶过闸安全、有序、便捷和畅通，逐步实现智能化调度，启动了“三峡一葛洲坝水利枢纽通航调度系统”的建设和实施．同期启动的还有长江三峡通航管理局办公自动化平台（简称门户系统）和ＧＰＳ船舶水上定位监控系统（简称ＧＰＳ系统）．三峡一葛洲坝水利枢纽通航调度系统（简称通航调度系统）采用基于Ｊ２ＥＥ核心模式的组合Ｗｅｂ框架ＣＷＦＢＰ进行软件架构设计．系统总体结构图如图４所示．
系统总体结构图中（ａ）～（ｄ）分别与ＣＷＦＢＰ的客户端、表现层、业务层和持久层对应．通航调度系统的业务层按应用逻辑划分为数据采集、计划编制、计划发布、计划执行、ＧＰＳ调度指令、统计报表、综合查询、调度公开、值班日志和系统管理等多个子模块．
２．１
Ｊ２ＥＥ核心模式的应用
作为基于Ｊ２ＥＥ核心模式的组合Ｗｅｂ框架
ＣＷＦＢＰ的具体实例，通航调度系统中也综合应用了多种Ｊ２ＥＥ核心模式，如拦截过滤器、前端控制器、Ｃｏｎｔｅｘｔ对象、视图助手、服务定位器以及结合数据访问对象和工厂方法模式形成的数据访问对象工厂策略等．２．２对Ｗｅｂ框架的补充
ＣＷＦＢＰ的客户端包含ＡＪＡＸ引擎，可以在ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ中轻松访问Ｗｅｂ服务器资源，并利用返回结果在客户端动态生成或更新页面．作为对船舶申报的补充，在申报信息被通航调度系统接
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（ｂ）（ｄ）
通航调度系统用户
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ｌ数据采集Ｉ计划编制Ｉ计划发布ｌ计划执行ｌＧＰｓ调度指令ｌ
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彳了Ｊ２ＥＥ软件架构平台通航调度系统业务层模块
七岁
Ｉ通航调度系统数据库Ｉ备份数据库ｌ
图４三峡一葛洲坝水利枢纽通航调度系统总体结构图
收并确认后，船舶会在抵达指定锚地后向系统发然如何进一步优化ＣＷＦＢＰ的执行效率和健壮送到锚确认信息．系统接收到锚确认信息后修改一性，简化其业务层子框架等工作还需要更深入的对应申报记录的到锚标志的操作是利用ＡＪＡＸ研究．
技术实现的．这种异步处理的方式，减轻了网络和服务器负担，同时简化了用户的操作．另外，针对ＷｅｂＷｏｒｋ框架存在的客户端校验不成熟的问题，ＣＷＦＢＰ在客户端采用了正则表达式和ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ校验相结合的办法．
２．３ＣＷＦＢＰ的实用性讨论
ＣＷＦＢＰ中，由于各种优秀、开源的Ｊ２ＥＥＷｅｂ框架和持久化框架以及Ｊ２ＥＥ核心模式的综合应用，实现了表现层、业务层和持久层各个层面之间以及业务层内部的松散耦合，使ＣＷＦＢＰ具有较好的开放性、灵活性和易扩展性．具体开发ｗｅｂ应用的过程中，可以方便地用其他的子框架替换现有的表现层和持久层而不至于影响ＣＷＦＢＰ的整体性能．尽管如此，ＣＷＦＢＰ的执行效率还有待进一步检验，业务层子框架的构成也过于灵活，并且设计和实现ＣＷＦＢＰ给企业级应用开发人员提出了较高的要求．
采用ＣＷＦＢＰ进行软件架构设计的三峡一葛洲坝水利枢纽通航调度系统已于２００５年１２月２８日正式投入运行．目前从用户反馈的消息来看，系统运行稳定，设计性能达到预期的目标．当
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基于J2EE核心模式的组合Web框架研究
作者：曾亮， 齐欢， 王小平， 陈迎春， Zeng Liang， Qi Huan， Wang Xiaoping， Chen
Yingchun
作者单位：华中科技大学,控制科学与工程系,湖北,武汉,430074
刊名：
华中科技大学学报(自然科学版)
英文刊名：JOURNAL OF HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY(NATURE SCIENCE EDITION)年，卷(期)：2007,35(6)
被引用次数：10次
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/7814217900.html,/Periodical_hzlgdxxb200706014.aspx