大數(shù)據(jù)時代檔案信息資源共享平臺性能優(yōu)化的研究

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)與檔案信息資源共享平臺進行深度融合，需要在服務器、Web客戶端、移動客戶端等不同平臺之間進行數(shù)據(jù)處理。隨著檔案信息資源共享平臺使用用戶數(shù)量的增長，系統(tǒng)的性能要求也需要相應的提升，不僅要使平臺能夠適應現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境，而且還要使數(shù)據(jù)處理響應有效控制，平臺的并發(fā)服務處理能力得到增強。為此，從檔案信息資源共享平臺功能實現(xiàn)中的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸層面、數(shù)據(jù)庫層面、平臺服務架構(gòu)層面等三個方面著手對共享平臺的性能進行優(yōu)化，優(yōu)化后的平臺可滿足大數(shù)據(jù)時代系統(tǒng)的性能需求，提升系統(tǒng)使用的流暢程度，并能最大限度滿足用戶使用平臺過程中的體驗。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)時代；檔案信息資源；共享平臺；性能優(yōu)化；數(shù)據(jù)庫優(yōu)化

Abstract：Internet and archival information resources sharing platform is being integrated deeply.It is need to process data between server， Web client， mobile client and other platforms. With the increase of the number of users， the performance requirements of the system should be improved with the use of the file information resources sharing platform.Not only should the platform be able to adapt to the existing network environment， but also to make the data processing response to favorably control， the platform's concurrent service processing ability has been enhanced.Therefore，we can optimize the performance of the shared platform from three aspects of the function of the file information resources sharing platform， the data network transmission level， the database level， the platform service architecture level and so on， Optimized platform can meet the performance requirements of the era of big data and promote the use of the system fluency， and to maximize the user experience in the use of the platform.

Keywords：Big data era； archives information resources； sharing platform； performance optimization； database optimization

檔案信息作為一種重要的信息資源，其有效開發(fā)和合理利用，不僅是社會技術(shù)進步的需要，更重要的是關(guān)系到檔案信息創(chuàng)新成果能否充分運用到社會生產(chǎn)和各項活動中。檔案信息資源共享平臺的構(gòu)建便于檔案機構(gòu)向外部提供公開的各種檔案信息資源[1]，而大數(shù)據(jù)具有大量、高速、多樣、價值等特征，它正在以一種獨特的方式和手段對海量數(shù)據(jù)集進行深入挖掘和分析[2]，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與檔案信息進行創(chuàng)新融合將成為未來發(fā)展的必然趨勢。當前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為檔案信息資源共享平臺的實現(xiàn)提供了新的實現(xiàn)，其中將傳統(tǒng)的Web平臺上的資源共享于移動平臺的性能瓶頸成為打通平臺互聯(lián)互通的難點。在大數(shù)據(jù)時代，針對檔案信息資源共享平臺，從實際使用平臺用戶的體驗方面入手，在數(shù)據(jù)傳輸、后臺數(shù)據(jù)處理方式和應用服務架構(gòu)等三個方面對檔案信息資源共享平臺進行優(yōu)化，為檔案信息資源共享平臺的性能優(yōu)化提供了綜合的解決方案參考。

1 大數(shù)據(jù)時代檔案信息資源共享平臺性能需求

大數(shù)據(jù)時代來臨之前，檔案信息一般采用檔案網(wǎng)站進行發(fā)布，用戶群體也僅限于普通的計算機用戶，這種方式存在檔案信息資源匱乏，服務方式單一，資源利用效率不高[3]。大數(shù)據(jù)時代背景下，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，用戶除了可以通過電腦進行檔案信息的檢索利用外，還能夠隨時隨地通過移動設(shè)備接入檔案信息資源共享平臺進行檢索利用，這就對檔案信息資源共享平臺提出了性能需求，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡條件與設(shè)備配置條件下，能夠運用移動設(shè)備進行檔案信息的檢索、上傳、下載及評論等相關(guān)操作，在實際的操作過程中由于各種限制，應用會出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，這就對檔案信息資源共享平臺在性能方面提出更高的要求。

1.1 平臺能夠適應現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境。檔案信息資源共享平臺在大數(shù)據(jù)時代應用的最大的特點是支持移動客戶端，移動設(shè)備可以支持的網(wǎng)絡已發(fā)展到今天的3G、4G，但仍存在大量的只支持2G的移動設(shè)備，這就限制了使用移動客戶端進行檢索利用的效果，主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)傳輸速度慢。另一方面，4G網(wǎng)絡雖然網(wǎng)絡速度可以滿足要求，但是使用現(xiàn)有的平臺進行檢索利用，需要耗費大量的流量，由于目前流量資費的限制，會使用戶轉(zhuǎn)向采用移動互聯(lián)網(wǎng)進行學術(shù)研究的習慣轉(zhuǎn)變帶來障礙。由于以上用戶實際體驗及網(wǎng)絡環(huán)境實際的限制，就需要對檔案信息資源共享平臺做實質(zhì)性的優(yōu)化，目標是優(yōu)化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸及提升后端處理的效率。

1.2 平臺的數(shù)據(jù)處理響應有效控制。檔案信息資源共享平臺是面向終端用戶的應用，平臺上線應用后隨著用戶量的增長，檔案信息的利用量也會快速增長。用戶使用檔案信息資源共享平臺最多的是檔案信息的檢索與檔案信息的處理，在實際的檔案信息處理中需要一體化、便捷化、知識化的數(shù)字化融合服務[4]，這就要求平臺的檢索效率有較大提升?，F(xiàn)實情況是對于數(shù)據(jù)量非常大的表，其檢索效率隨著數(shù)量的增長會變得越來越低。同時，平臺對于檔案信息的操作比較頻繁，比如上傳、審核、編輯數(shù)字化的檔案信息等操作，在實際的檔案信息處理過程中會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。因此，平臺在數(shù)據(jù)處理響應方面要求系統(tǒng)能夠滿足高效檢索、實時處理信息的能力。

1.3 平臺的并發(fā)服務處理能力增強。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)檔案信息資源共享平臺會出現(xiàn)終端用戶同時對平臺進行操作，這就會產(chǎn)生很多的并發(fā)數(shù)據(jù)請求， 遇到該情況系統(tǒng)的服務會出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象，同時會影響后繼用戶正常使用系統(tǒng)。檔案信息資源共享平臺的優(yōu)化后需要能夠有效提升用戶體驗，做到用戶同時使用平臺不會出現(xiàn)請求得不到有效處理，進一步改變用戶使用該平臺進行檢索利用的方式，做到隨時隨地采用移動客戶端進行檔案信息的實時交互。

2 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸層面優(yōu)化

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸層面的優(yōu)化目標主要有最大限度減少檔案信息數(shù)據(jù)中間傳輸過程中的數(shù)據(jù)量，另外對于檔案信息資源共享平臺，對超長信息上傳與瀏覽操作產(chǎn)生的傳輸數(shù)據(jù)量壓縮至最低，并使系統(tǒng)能夠適應用戶實際的網(wǎng)絡環(huán)境。

2.1 采用JSON提升數(shù)據(jù)傳輸效率。對于檔案信息資源共享平臺首先要解決的是傳輸效率問題，使用戶在操作的過程中能夠正常使用系統(tǒng)，從系統(tǒng)開發(fā)與實踐的角度看，主要是減少平臺在數(shù)據(jù)交互中的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。檔案信息資源共享平臺在數(shù)據(jù)傳輸前會將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成JSON（JavaScript Object Notation），它是一種輕量級獨立于編程語言的文本型數(shù)據(jù)傳輸格式[5]，相對于傳統(tǒng)的XML格式數(shù)據(jù)傳輸，JSON數(shù)據(jù)格式比較簡單，易于讀寫，格式都是壓縮的，占用帶寬小[6]，實際的平臺中會將需要傳輸?shù)脑夹畔⑥D(zhuǎn)換為JSON格式，到達目標后將JSON數(shù)據(jù)再次轉(zhuǎn)換成需要操作的數(shù)據(jù)類型，具體的方式如圖1所示：

通過JSON方式進行數(shù)據(jù)壓縮后，由于傳輸?shù)臋n案信息數(shù)據(jù)量的減少而提升了系統(tǒng)的傳輸效率，用戶在實際的檔案信息檢索過程中可以大大加快檔案信息數(shù)據(jù)中間傳輸?shù)臅r間，從而使用戶的系統(tǒng)使用體驗得到有效改善。

2.2 采用GZIP進行傳輸數(shù)據(jù)壓縮。檔案信息資源共享平臺上傳與下載的檔案信息量，在傳輸過程中需要占用大量的網(wǎng)絡資源，因此系統(tǒng)操作員在實際的瀏覽與上傳檔案信息過程中會出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。針對大信息容量的數(shù)據(jù)傳輸，可以采用GZIP壓縮的方式進行優(yōu)化。該方式最早由Jean-loup Gailly和Mark Adler創(chuàng)建，一般對純文本內(nèi)容可壓縮到原大小的40%[7]，這樣文件的體積就縮減很多，傳輸速度相應提高，采用gzip雖然可以取得較好的壓縮比，但它在分析和壓縮編碼的過程需要進行大量的計算[8]，檔案信息資源共享平臺采用.NET提供的GZipStream類進行壓縮與解壓處理，此類在 .NET Framework 2.0 版中是新增的，提供用于壓縮和解壓縮流的方法和屬性，用戶完成檔案信息資源的上傳下載壓縮解壓過程如圖2：

采用GZIP壓縮可以大大節(jié)省服務器的網(wǎng)絡帶寬，內(nèi)容壓縮后可以大大提升用戶使用平臺的體驗。

2.3 采用CDN解決相關(guān)傳輸問題。我國目前檔案信息資源共享平臺用戶使用的網(wǎng)絡環(huán)境包括電信、移動、聯(lián)通等網(wǎng)絡，如果檔案信息資源共享平臺僅部署在某個網(wǎng)絡環(huán)境下，其它網(wǎng)絡環(huán)境的用戶使用平臺由于跨運營商的原因訪問平臺就會比較慢，這樣很容易造成不同網(wǎng)絡環(huán)境的用戶使用系統(tǒng)的體驗不同，從而最終導致部分非平臺部署網(wǎng)絡環(huán)境用戶的流失。另外，當系統(tǒng)在某個瞬間有大量用戶同時使用系統(tǒng)時，僅靠一臺服務器來提供服務也會出現(xiàn)傳輸性能問題。針對以上性能問題，可以采用CDN技術(shù)來解決相關(guān)傳輸問題。CDN的全稱是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡[9]，它是一種基于Web的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，能夠更加快速有效地傳送Web內(nèi)容。其基本思路是盡可能避開互聯(lián)網(wǎng)上有可能影響數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性的瓶頸和環(huán)節(jié)，使內(nèi)容傳輸?shù)母臁⒏€(wěn)定[10]。使用CDN技術(shù)后檔案信息資源共享平臺數(shù)據(jù)訪問與傳輸?shù)姆绞饺鐖D3所示：

通過以上方式對數(shù)據(jù)傳輸方面進行優(yōu)化，數(shù)據(jù)中間傳輸過程可以有效減少傳輸?shù)男畔⒘浚行p少無效的數(shù)據(jù)傳輸，同時在另網(wǎng)絡層面減輕帶寬壓力。

3 數(shù)據(jù)庫層面優(yōu)化

數(shù)據(jù)庫層面優(yōu)化主要處理檔案信息資源共享平臺數(shù)據(jù)操作指令到達數(shù)據(jù)庫服務器后進行的優(yōu)化，主要目的是讓數(shù)據(jù)層面的檢索與操作均在數(shù)據(jù)庫上進行處理，僅傳入數(shù)據(jù)處理需要的信息，在處理后也僅輸出用戶需要的數(shù)據(jù)信息，包括采用存儲過程、檢索服務加索引，大表數(shù)據(jù)采用分離加分區(qū)的處理方式。

3.1 采用存儲過程技術(shù)減少網(wǎng)絡流量。檔案信息資源共享平臺用戶在實際的系統(tǒng)使用過程中，數(shù)據(jù)操作是最頻繁的動作，在實際的網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)交互時如果采用大量的SQL語句，主要存在如下問題：一是隨著用戶量的增長，數(shù)據(jù)的頻繁操作會使數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行效率變差；二是復雜的SQL的傳輸會使網(wǎng)絡的通信量增加，通信速率會降低。

為了避免以上面臨的性能瓶頸，檔案信息資源共享平臺在實際的數(shù)據(jù)操作過程中采用存儲過程技術(shù)，在使用存儲過程時只需用提供存儲過程名和必要的參數(shù)信息，這樣在一定程度上也可以減少網(wǎng)絡流量、減輕網(wǎng)絡負擔。由于存儲過程在創(chuàng)建時即在數(shù)據(jù)庫服務器上進行了編譯并存儲在數(shù)據(jù)庫中，所以檔案信息資源共享平臺數(shù)據(jù)處理采用存儲過程運行要比單個的SQL語句塊要快。

3.2 采用索引技術(shù)提升數(shù)據(jù)檢索效率?？焖贆z索檔案信息是平臺用戶最基本的需求，平臺上線之初，由于用戶數(shù)據(jù)量有限，檔案信息檢索效率較高，隨著用戶數(shù)據(jù)量的增長，用戶需求的檔案信息也會出現(xiàn)爆炸式增長，信息檢索的效率會隨著數(shù)據(jù)量的增長而降低。針對檢索效率性能瓶頸，檔案信息資源共享平臺采用了索引技術(shù)來提升數(shù)據(jù)檢索效率。索引分為聚簇索引和非聚簇索引兩種，聚簇索引是按照數(shù)據(jù)存放的物理位置為順序的，而非聚簇索引就不一樣了；聚簇索引能提高多行檢索的速度，而非聚簇索引對于單行的檢索很快，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的功能有唯一索引、主鍵索引和聚集索引。檔案信息資源共享平臺在實際的應用中將表的主鍵作為惟一索引，對于索引列是選擇數(shù)據(jù)類型較小且常作為檢索條件的字段作為索引字段。

3.3 采用分區(qū)表技術(shù)提高訪問速度。檔案信息資源共享平臺存儲檔案信息的表隨著用戶新增信息的增加會變得十分龐大，此時需要將大型表拆分為多個較小的表，表數(shù)據(jù)會按指定的規(guī)則分放到不同的文件里，把一個大的數(shù)據(jù)文件拆分為多個小文件，還可以把這些小文件放在不同的磁盤下由多個CPU進行處理。通過使用數(shù)據(jù)分區(qū)技術(shù)可以大大提高訪問速度，分區(qū)可以顯著提高訪問大表時的性能，并且分區(qū)的存在對應用系統(tǒng)是透明的[11]。對于檔案信息資源共享平臺大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)表進行分區(qū)后，除了可以提高查詢效率，還可以對歷史數(shù)據(jù)進行區(qū)分存檔。

4 平臺服務架構(gòu)層面優(yōu)化

平臺服務架構(gòu)層面優(yōu)化主要解決多用戶及并發(fā)用戶使用平臺時調(diào)用服務的瓶頸問題，檔案信息資源共享平臺終端用戶使用客戶端進行數(shù)據(jù)操作都離不開對服務的調(diào)用，如何使用戶的體驗達到最佳，即用戶使用系統(tǒng)過程中能夠使用最快的方式完成一次服務調(diào)用，這部分優(yōu)化具體思路為采用WCF架構(gòu)，并對WCF進行優(yōu)化，同時對于檔案信息的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)采用MSMQ（微軟Message Queue）技術(shù)，數(shù)據(jù)庫服務與應用服務采用獨立布置的方式。

4.1 采用數(shù)據(jù)庫連接池規(guī)避平臺崩潰。檔案信息資源共享平臺終端用戶的包括傳統(tǒng)的個人計算機、平板及移動終端，從系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)角度，這部分的優(yōu)化需要將數(shù)據(jù)操作部分進行集中管理，所有平臺涉及到的基礎(chǔ)操作均采用調(diào)用一個集中服務集群，可以采用WCF（Windows Communication Foundation）技術(shù)作為系統(tǒng)的整體架構(gòu)。WCF是由微軟開發(fā)的一系列支持數(shù)據(jù)通信的應用程序框架， 在具體使用過程中，WCF自身最頻繁的操作為數(shù)據(jù)庫的訪問與操作，傳統(tǒng)的WCF的數(shù)據(jù)處理方式是調(diào)用數(shù)據(jù)庫操作類，每次調(diào)用服務需要進行一次數(shù)據(jù)庫連接操作，數(shù)據(jù)庫連接操作是比較耗費網(wǎng)絡的操作，采用該方式影響了整個應用程序的伸縮性和健壯性，當同時有大量用戶使用平臺并進行數(shù)據(jù)庫操作時，就會出現(xiàn)平臺卡死直至退出的現(xiàn)象，因此需要對該模塊進行優(yōu)化?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)庫連接池的參數(shù)配置都是在初始化時一次設(shè)定，連接池在運行過程中其值不會改變[12]。本系統(tǒng)采用的方式為將數(shù)據(jù)庫連接部分用連接池技術(shù)解決，數(shù)據(jù)庫連接池負責分配、管理和釋放數(shù)據(jù)庫連接，它允許應用程序重復使用一個現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫連接，而不是再重新建立一個。連接池初始化后，檔案信息資源共享平臺終端用戶在實際調(diào)用WCF進行數(shù)據(jù)操作時，并非建立一個新的連接，而是從連接池中取出一個已建立的空閑連接對象，使用完畢后，用戶也并非將連接關(guān)閉，而是將連接放回連接池中，以供下一個請求訪問使用。采用該技術(shù)后，平臺在涉及到數(shù)據(jù)庫操作部分不會因為數(shù)據(jù)連接資源緊張而導致平臺崩潰的情況出現(xiàn)。

4.2 采用MSMQ減少用戶等待時間。隨著檔案信息資源共享平臺用戶數(shù)量的增長，其并發(fā)請求會越來越多。如果采用傳統(tǒng)的同步技術(shù)，同一操作的下一個請求的開始需要等待上一個請求的結(jié)束，現(xiàn)有的平臺用戶真實的需求是對系統(tǒng)性能的體驗，同步方式需要長時間的等待，從而影響了系統(tǒng)的用戶體驗過程。對于檔案信息資源共享平臺，采用MSMQ技術(shù)（MSMQ全稱是Microsoft Message Queue，即微軟消息隊列）是一種利用隊列機制實現(xiàn)部件間或者是應用程序間通信的技術(shù)，其工作原理如下圖所示：

由圖4可以看出，消息的發(fā)送者把自己想要發(fā)送的信息放入一個容器，然后把它保存到一個系統(tǒng)公用空間的消息隊列中，采用消息隊列機制，發(fā)送方不必要擔心接收方是否啟動，是否發(fā)生故障等因素，只要消息成功發(fā)送出去，就可以認為處理完成，本地或異地的消息接收程序再從該隊列中取出發(fā)給它的消息進行處理。采用該技術(shù)可以大大減少用戶的等待時間，由于采用了異步通信，無論是發(fā)送方還是接收方都不同等待對方返回成功消息，就可以執(zhí)行余下的代碼，大大提高了處理的能力，在信息傳遞過程中，具有故障恢復能力，MSMQ的消息傳遞機制使得通信的雙方具有不同的物理平臺成為可能。

4.3 采用服務集群來提升平臺的整體服務能力。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應用的廣泛普及以及檔案信息資源共享平臺用戶數(shù)量的增長，完成應用程序自身與數(shù)據(jù)庫方面的優(yōu)化后，需要從硬件部署方面來提升檔案信息資源共享平臺的性能。該部分的優(yōu)化思路為采用WCF服務集群來提升平臺的整體服務能力，同時在數(shù)據(jù)處理上采用主備數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)來完善數(shù)據(jù)庫服務能力以及確保數(shù)據(jù)庫服務的穩(wěn)定性，具體的部署方式如下圖所示：

如圖5所示，在軟件優(yōu)化完成后，通過增加硬件資源的方式來優(yōu)化平臺是最有效的性能優(yōu)化方式之一，該方式可以有效提升服務的分布式處理與并發(fā)處理能力。

經(jīng)過對檔案信息資源共享平臺架構(gòu)層面的優(yōu)化，采用WCF技術(shù)集中處理數(shù)據(jù)[13]，在服務器層面優(yōu)化了服務的處理效率，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，采用JSON方式進行數(shù)據(jù)傳輸，對于文件資料的傳輸經(jīng)過gzip壓縮后進行傳輸方式，大大減少了傳輸過程中的信息量，所有的應用在實際的操作過程中均采用存儲過程的方式，既減少了調(diào)用服務傳輸?shù)男畔⒘?，又加快了?shù)據(jù)處理的效率。在經(jīng)常使用的平臺檔案信息檢索方面，數(shù)據(jù)庫層面關(guān)鍵字段加上了索引，從而大大提升了信息檢索的效率。多層面、全方位的平臺優(yōu)化使系統(tǒng)滿足了大數(shù)據(jù)時代的信息系統(tǒng)對性能的需求，在此基礎(chǔ)上更是滿足了終端用戶對平臺體驗的需求，從而使平臺能夠真正滿足用戶對于檔案信息資源共享平臺的性能需求，真正實現(xiàn)檔案信息資源整合、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)加工和提供檔案信息的檢索利用的一體化建設(shè)[14]。

*本文系2016年度教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金項目《大數(shù)據(jù)時代檔案信息資源共享平臺構(gòu)建的研究》（項目編號：16YJA870001）階段性成果。

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（作者單位：鹽城師范學院 來稿日期：2016-08-20）