大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校選課系統(tǒng)性能優(yōu)化應(yīng)用研究

周輝奎+何員子

摘要：大數(shù)據(jù)環(huán)境下，高校選課呈現(xiàn)出時(shí)間集中、選課時(shí)間短暫、信息訪問量大、選課專業(yè)門類繁多，系統(tǒng)負(fù)荷承載大、業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜、并發(fā)業(yè)務(wù)多等諸多、高峰期系統(tǒng)壓力大、對(duì)選課系統(tǒng)硬件服務(wù)器配置要求高特點(diǎn)。針對(duì)這些不同特點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合以前各大高校出現(xiàn)的典型問題，為了更好地為廣大老師和學(xué)生服務(wù)，為了更好的幫扶教務(wù)單位完成選課任務(wù)，我們必須分門別類的制定不一樣的性能優(yōu)化算法、攻略，有的放矢，各個(gè)擊破，對(duì)選課系統(tǒng)從體系架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作流程和源代碼等進(jìn)行多角度、全方位的優(yōu)化。通過對(duì)選課系統(tǒng)實(shí)施一系列優(yōu)化前后，其性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，選課系統(tǒng)性能得到了明顯提升。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；選課系統(tǒng)；性能優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）31-0008-02

目前，各大高校的選修課都在使用系統(tǒng)來進(jìn)行選課，選修課系統(tǒng)得到很好的普及。各大高校一般在每個(gè)學(xué)期末會(huì)設(shè)置固定的選課時(shí)間，即每年的6月底，12月底，每次選課時(shí)間相對(duì)集中，給選課系統(tǒng)帶來了很大的數(shù)據(jù)訪問流量，造成選課系統(tǒng)承載不了巨大的服務(wù)壓力。而且由于高校擴(kuò)招，各大高校在校生數(shù)量呈幾何式增長(zhǎng)，在集中選課階段，選課系統(tǒng)并發(fā)連接數(shù)急劇增多，極大加重了選課系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)荷，給選課系統(tǒng)也帶來不小的沖擊。

根據(jù)我們觀察，在選課過程中，出現(xiàn)了各種各樣形形色色紛繁復(fù)雜的問題，選課出現(xiàn)的問題日益凸顯，諸如時(shí)間集中、選課時(shí)間短暫、信息訪問量大、選課專業(yè)門類繁多，系統(tǒng)負(fù)荷承載大、業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜、并發(fā)業(yè)務(wù)多等諸多、高峰期系統(tǒng)壓力大、對(duì)選課系統(tǒng)硬件服務(wù)器配置要求高特點(diǎn)。針對(duì)這些不同特點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合以前各大高校出現(xiàn)的典型問題，為了更好地為廣大老師和學(xué)生服務(wù)，為了更好的幫扶教務(wù)單位完成選課任務(wù)，我們必須分門別類的制定不一樣的性能優(yōu)化算法、攻略，有的放矢，各個(gè)擊破，對(duì)選課系統(tǒng)從體系架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作流程和源代碼等進(jìn)行多角度、全方位的優(yōu)化。

進(jìn)行大數(shù)據(jù)環(huán)境下選課系統(tǒng)性能優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程。通過前期分析影響數(shù)據(jù)庫(kù)性能的各方面因素，按照數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化應(yīng)遵循的方法，開展了大量性能調(diào)整實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行后期壓力測(cè)試。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施該優(yōu)化策略前后性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，高校選課系統(tǒng)在運(yùn)用此方法進(jìn)行性能優(yōu)化后，性能得到了明顯提升?；趯?duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化，提高選課系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗壓力性。大量學(xué)生集中在同一時(shí)間段進(jìn)行選課，不至于導(dǎo)致選課系統(tǒng)的崩潰，可為學(xué)生們進(jìn)行網(wǎng)上選課提供更友好、人機(jī)交互性更強(qiáng)的用戶體驗(yàn)和幸福感！大大提高學(xué)生的選課效率和學(xué)校的辦事效率，大大提高了高校的信息化技術(shù)水平，為推動(dòng)高校進(jìn)行教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)有效的教學(xué)，提供了更先進(jìn)、更可靠的技術(shù)支持和保障！可提高高校教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量，這些教學(xué)成果能為今后的本科應(yīng)用型教學(xué)有借鑒意義。

基于上述發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)高校選課系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，進(jìn)行性能優(yōu)化，是一項(xiàng)非常重要的系統(tǒng)工程。功在當(dāng)代，利在千秋！

1 關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過分析與調(diào)研，我們采取使用數(shù)據(jù)緩存、服務(wù)器集群技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)、優(yōu)化WEB 端、調(diào)整選課計(jì)劃、升級(jí)硬件等策略算法，對(duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化。

1）使用數(shù)據(jù)緩存

對(duì)于選課系統(tǒng)來說，選課數(shù)據(jù)庫(kù)里面含有學(xué)生大量的選課數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)有的可能經(jīng)常被訪問到，有的可能很少被訪問到。據(jù)根據(jù)大家熟知的“巴列特定律”，因?yàn)樵谄綍r(shí)系統(tǒng)的訪問中，20%的數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)在80%的時(shí)間里被訪問，所以我們應(yīng)該考慮利用數(shù)據(jù)緩存。由于選課系統(tǒng)數(shù)據(jù)操作查詢中，系統(tǒng)大量的時(shí)間花在SQL語(yǔ)句查詢上。針對(duì)這種情況，我們可以把這些學(xué)生經(jīng)常訪問，并且不會(huì)很快變化即信息變動(dòng)概率小的數(shù)據(jù)，緩存封裝起來，這樣學(xué)生就不用通過數(shù)據(jù)庫(kù)來進(jìn)行SQL語(yǔ)句的查詢，可以大大減輕數(shù)據(jù)庫(kù)的承載負(fù)荷壓力。否則選課系統(tǒng)每次都去讀取大量的重復(fù)的類似的選課信息，而且這些選課信息都要訪問選課數(shù)據(jù)庫(kù)，耗力氣費(fèi)時(shí)間，選課系統(tǒng)隨時(shí)可能崩潰。

2）服務(wù)器集群技術(shù)

一臺(tái)選課系統(tǒng)的Web服務(wù)器承載能力有限，高并發(fā)的訪問瀏覽壓力會(huì)讓其窒息，如果單純對(duì)Web服務(wù)器的硬件進(jìn)行升級(jí)換代，并不能徹底解決這個(gè)突出的問題，由于一臺(tái)Web服務(wù)器具有有限的性能，一臺(tái)Web服務(wù)器所能同時(shí)承載一千個(gè)的并發(fā)訪問，而配置更高的Web服務(wù)器能同時(shí)承載三千個(gè)的并發(fā)訪問，這樣的承載能力相對(duì)巨大的訪問數(shù)據(jù)流量，還是顯得非常渺小的、有限的，其還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)載較大的選課系統(tǒng)的承載要求。由于是突發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，當(dāng)發(fā)生重大事件，網(wǎng)絡(luò)訪問一定急劇上升，從而造成網(wǎng)絡(luò)訪問瓶頸。因此必須采用聯(lián)合多臺(tái)高配置的Web服務(wù)器，共同為選課系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的Internet服務(wù)，讓這些Web服務(wù)器來共同承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求與響應(yīng)。我們可以采用市場(chǎng)上流行的服務(wù)器集群技術(shù)和負(fù)載均衡技術(shù)，來對(duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化，才能提高選課系統(tǒng)的訪問承載能力。

3）負(fù)載均衡技術(shù)

由于目前的選課系統(tǒng)，其各個(gè)核心的菜單，隨著業(yè)務(wù)量的提高，其中的訪問量和數(shù)據(jù)流量，也會(huì)隨之迅速提高。因此要求選課系統(tǒng)的計(jì)算處理能力必須很強(qiáng)大，使得單一的Web服務(wù)器硬件無法滿足要求，無法承載。若放棄現(xiàn)有的硬件，去做其他的硬件升級(jí)，必然會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)。

單臺(tái)Web服務(wù)器當(dāng)其發(fā)揮了最大極限的處理能力后， 這臺(tái)Web服務(wù)器會(huì)承受的極限壓力， 我們應(yīng)該將單臺(tái)Web服務(wù)器所承載的巨大的壓力，有條不紊的轉(zhuǎn)到多臺(tái)Web服務(wù)器上。也就是目前業(yè)內(nèi)較為流行的負(fù)載均衡技術(shù)。 因?yàn)橘?gòu)置計(jì)算機(jī)Web服務(wù)器硬件，對(duì)于高校財(cái)力來說，不是什么事兒，Web服務(wù)器價(jià)格還可以接受。這應(yīng)該是一個(gè)不錯(cuò)的較為捷徑的選課系統(tǒng)性能優(yōu)化的方法。

所謂負(fù)載均衡技術(shù)，它提供了一種廉價(jià)的、有效的、可靠的方法，它是由多臺(tái)服務(wù)器以對(duì)稱的方式組成一個(gè)服務(wù)器集合， 每臺(tái)服務(wù)器都具有等價(jià)的地位， 都可以單獨(dú)對(duì)外提供服務(wù)而無須其他服務(wù)器的輔助。通過某些負(fù)載承擔(dān)的信息技術(shù)，一臺(tái)Web服務(wù)器里分配到外部發(fā)送來的請(qǐng)求， 這些服務(wù)器可以單獨(dú)的響應(yīng)客戶的請(qǐng)求。負(fù)載均衡能夠平均分配客戶請(qǐng)求到服務(wù)器列陣， 以此提供快速獲取重要數(shù)據(jù)， 從而有針對(duì)性的有效地解決了大量訪問的并發(fā)問題。

4）WEB 端優(yōu)化

通過云服務(wù)器平臺(tái)為校內(nèi)多個(gè)單位提供云服務(wù)器應(yīng)用，為學(xué)校網(wǎng)站群、應(yīng)用系統(tǒng)、教學(xué)資源平臺(tái)、圖書資源站點(diǎn)、微信平臺(tái)、虛擬仿真平臺(tái)、共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等各類應(yīng)用提供了穩(wěn)定可靠、資源管理靈活、可擴(kuò)展可伸縮的資源管理模式。

5）調(diào)整選課計(jì)劃

根據(jù)各校實(shí)際情況，調(diào)整選課計(jì)劃安排，制定合理的選課時(shí)間和二級(jí)學(xué)院的安排。諸如可以考慮，分學(xué)院分年級(jí)分時(shí)間段，進(jìn)行網(wǎng)上選課?；蛘呖梢钥紤]，如果時(shí)間條件允許的話，可以將選課時(shí)間盡可能的提前進(jìn)行，為學(xué)生預(yù)留足夠的選課時(shí)間，另外盡可能的延遲選課的截止時(shí)間，分散選課系統(tǒng)的壓力，減輕因并發(fā)數(shù)量過多導(dǎo)致的服務(wù)器承載壓力，盡可能的最大限度降低選課系統(tǒng)的承載壓力。

6）升級(jí)硬件

根據(jù)學(xué)校財(cái)力情況，根據(jù)大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)選課系統(tǒng)的硬件要求，我們必須對(duì)選課系統(tǒng)的Web服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)換代。由于Web服務(wù)器的中央處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器等硬件起到非常重要的關(guān)鍵作用，一旦中央處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器的配置跟不上選課系統(tǒng)的新要求、新變化，會(huì)直接導(dǎo)致選課系統(tǒng)的響應(yīng)緩慢，甚至最終死機(jī)，嚴(yán)重影響用戶的體驗(yàn)。因此，我們必須CPU、內(nèi)存等硬件進(jìn)行升級(jí)。可以考慮將CPU的核數(shù)提升至八核，CPU 的緩存提升至1G，CPU 的頻率提升至10GHz，內(nèi)存儲(chǔ)器的容量提升至128G，這樣選課的響應(yīng)速度得到極大的改善，用戶的友好體驗(yàn)會(huì)大大增強(qiáng)。

2 性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過對(duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，得出了選課系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

3 性能優(yōu)化前后對(duì)比

通過以上一系列的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化前后，我們對(duì)優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、跟蹤、觀察和總結(jié)，得出表1所示的選課系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化前后的對(duì)比數(shù)據(jù)。進(jìn)行對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，頁(yè)面腳本執(zhí)行時(shí)間、頁(yè)面渲染時(shí)間以及頁(yè)面加載時(shí)間，都發(fā)生了很大變化，都一致大大地降低。頁(yè)面腳本執(zhí)行時(shí)間降低了76%，從而可以大大提高選課系統(tǒng)的響應(yīng)速度。頁(yè)面渲染時(shí)間降低了50%，頁(yè)面加載時(shí)間降低了81%，從而可以大大提高選課系統(tǒng)的性能發(fā)揮，滿足了高校教務(wù)教學(xué)選課的要求。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

1）先進(jìn)的理念。思路決定出路，而決定思路的則是理念，理念決定了人們思考問題的角度和方式。只有設(shè)計(jì)者具備先進(jìn)的理念，才能設(shè)計(jì)和開發(fā)出一個(gè)性能優(yōu)良的選課平臺(tái)。

2）先進(jìn)的技術(shù)和資源。通過使用數(shù)據(jù)緩存、服務(wù)器集群技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)、優(yōu)化WEB 端、調(diào)整選課計(jì)劃、升級(jí)硬件等策略算法對(duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行能效優(yōu)化。

3）操作的簡(jiǎn)易性。要根據(jù)學(xué)生選課的實(shí)際需求和其本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出友好的人機(jī)交互界面，提高選課操作的簡(jiǎn)易性，打造良好的用戶體驗(yàn)。

5 研究意義

進(jìn)行大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校選課系統(tǒng)性能優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要針對(duì)系統(tǒng)制定多角度、全方位的優(yōu)化策略。通過前期分析影響數(shù)據(jù)庫(kù)性能的各方面因素，按照數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化應(yīng)遵循的方法，開展了大量性能調(diào)整實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行后期壓力測(cè)試。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施該優(yōu)化策略前后性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，選課系統(tǒng)在運(yùn)用此方法進(jìn)行性能優(yōu)化后，性能得到了明顯提升。

基于大數(shù)據(jù)環(huán)境下，對(duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化，提高選課系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗壓力性。大量學(xué)生集中在同一時(shí)間段進(jìn)行選課，不至于導(dǎo)致選課系統(tǒng)的崩潰，可為學(xué)生們進(jìn)行網(wǎng)上選課提供更友好、人機(jī)交互性更強(qiáng)的用戶體驗(yàn)和幸福感！大大提高學(xué)生的選課效率和學(xué)校的辦事效率，大大提高了高校的信息化技術(shù)水平，為推動(dòng)高校進(jìn)行教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)有效的教學(xué)，提供了更先進(jìn)、更可靠的技術(shù)支持和保障！

6 總結(jié)

進(jìn)行大數(shù)據(jù)環(huán)境下選課系統(tǒng)性能優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程。以上結(jié)果表明，選課系統(tǒng)在運(yùn)用使用數(shù)據(jù)緩存、服務(wù)器集群技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)、優(yōu)化WEB 端、調(diào)整選課計(jì)劃、升級(jí)硬件這一系列方法進(jìn)行性能優(yōu)化后，其性能得到了明顯提升?；趯?duì)選課系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化，提高選課系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗壓力性。大大提高學(xué)生的選課效率和學(xué)校的辦事效率，大大提高了高校的信息化技術(shù)水平，為推動(dòng)高校進(jìn)行教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)有效的教學(xué)，提供了更先進(jìn)、更可靠的技術(shù)支持和保障！可提高高校教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量，這些教學(xué)成果能為今后的高校本科應(yīng)用型教學(xué)有借鑒意義。

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