利用緩存預(yù)取技術(shù)優(yōu)化在線(xiàn)考試系統(tǒng)

饒輝科　蘇偉平

摘要；隨著計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的日益普及，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和在線(xiàn)考試系統(tǒng)已逐步成為傳統(tǒng)教學(xué)、考試模式的有效補(bǔ)充。該文基于J2EE平臺(tái)討論構(gòu)建在線(xiàn)考試系統(tǒng)，并論述利用緩存預(yù)取一體化技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵字：J2EE；緩存；預(yù)取

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）07-0081-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)科技日新月異的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育培訓(xùn)由于其不受時(shí)間和空間的限制，規(guī)模不斷發(fā)展壯大，已成為教育培訓(xùn)中不可或缺的重要組成部分。利用網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)平臺(tái)學(xué)員可自主制定培訓(xùn)計(jì)劃，即可以順利完成培訓(xùn)任務(wù)又不會(huì)影響其正常的工作和生活。在線(xiàn)考試系統(tǒng)作為檢驗(yàn)培訓(xùn)效果的重要工具，開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。但基于大規(guī)模用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)的考試系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還是會(huì)存在一些問(wèn)題。想要提升優(yōu)化考試系統(tǒng)性能，當(dāng)應(yīng)對(duì)大規(guī)模用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，就要求系統(tǒng)有較高地穩(wěn)定性和較快的響應(yīng)速度。

本文基于J2EE平臺(tái)討論構(gòu)建在線(xiàn)考試系統(tǒng)，并通過(guò)對(duì)比分析，討論緩存和預(yù)取技術(shù)對(duì)優(yōu)化考試系統(tǒng)f生能所起到的積極作用。

1應(yīng)用技術(shù)

開(kāi)發(fā)在線(xiàn)考試系統(tǒng)的主要目的是借助互聯(lián)網(wǎng)搭建考試平臺(tái)，使得用戶(hù)可以通過(guò)直接訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)參加考試，從而打破傳統(tǒng)考試模式對(duì)時(shí)間和空間的限制。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用J2EE平臺(tái)，采用MVC設(shè)計(jì)模式、B/S結(jié)構(gòu)，使用技術(shù)包括：JAVA、Ajax，數(shù)據(jù)庫(kù)選用SQLserver2008。

1.1MVC模式概述

MVC（Model-View-Controller模型-視圖-控制器）是一種設(shè)計(jì)模式，可以實(shí)現(xiàn)模型和視圖的代碼分離。在MVC中輸入、處理、輸出互相分離，整個(gè)系統(tǒng)分為：模型、視圖、控制器三個(gè)模塊。

1.2Ajax技術(shù)簡(jiǎn)介

Ajax（Asynchmnous JavaScript And XML異步JavaScript和XML），它通過(guò)Ajax引擎工作，使得客戶(hù)端只和服務(wù)器進(jìn)行少量的數(shù)據(jù)交換，例如頁(yè)面顯示等信息不必重復(fù)加載，而是對(duì)部分重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)異步更新。

在傳統(tǒng)的交互方式中，用戶(hù)向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)HTTP請(qǐng)求，例如點(diǎn)擊鏈接或按鈕，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求完成處理任務(wù)后返回一個(gè)HTML頁(yè)面給用戶(hù)，在服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)操作時(shí)，用戶(hù)只能空閑等待。在Ajax的異步存取模式中，用戶(hù)在等待服務(wù)器處理數(shù)據(jù)、響應(yīng)操作的過(guò)程中仍然可以進(jìn)行其他操作，節(jié)省了時(shí)間、提升了效率。服務(wù)器完成了響應(yīng)操作之后，Ajax引擎通過(guò)函數(shù)將處理結(jié)果顯示給用戶(hù)。

2系統(tǒng)需求分析及設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)需求分析

需求分析是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵一環(huán)，也是最先進(jìn)行的環(huán)節(jié)。在線(xiàn)考試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)目的是利用互聯(lián)網(wǎng)科技，建立考試平臺(tái)。命題者可以通過(guò)平臺(tái)設(shè)置、發(fā)布考試試題；參考者通過(guò)平臺(tái)在線(xiàn)學(xué)習(xí)及報(bào)名參加考試，而不必在統(tǒng)一地點(diǎn)集中考試，該種學(xué)習(xí)、考試形式更適用于網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)；閱卷者可以通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行閱卷，平臺(tái)也具備客觀題自主閱卷的功能；通過(guò)平臺(tái)也可以發(fā)布考試信息、考試結(jié)果、考試分析等信息。

系統(tǒng)基本功能模塊：1）在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊、2）命題組卷模塊、3）在線(xiàn)考試模塊、4）閱卷模塊。

2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，不需要專(zhuān)門(mén)安裝客戶(hù)端軟件，降低系統(tǒng)使用門(mén)檻，有助于系統(tǒng)的普及應(yīng)用及更新升級(jí)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分：表示層、功能層、數(shù)據(jù)層三層。數(shù)據(jù)庫(kù)選用SQLServer2008。

（圖1）為系統(tǒng)三層體系結(jié)構(gòu)：

3緩存預(yù)取技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用

作為在線(xiàn)考試系統(tǒng)，能否穩(wěn)定地支持大規(guī)模用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)是衡量系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的考試系統(tǒng)中，服務(wù)器承擔(dān)了大量的工作，而客戶(hù)端只負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互。試題及用戶(hù)答案的保存、試題的解析和答案的匹配等工作都由服務(wù)器完成，這樣的布局使得服務(wù)器負(fù)擔(dān)過(guò)重，當(dāng)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)量急劇增加時(shí)，服務(wù)器壓力過(guò)大易出現(xiàn)問(wèn)題而影響系統(tǒng)的正常工作。與此同時(shí)客戶(hù)端則處于閑置等待的狀態(tài)，造成資源利用率低下。為了改善系統(tǒng)性能可以考慮升級(jí)服務(wù)器或采用服務(wù)器集群，但這樣勢(shì)必會(huì)增加系統(tǒng)成本。本文考慮充分挖掘客戶(hù)端資源，利用緩存與預(yù)取相結(jié)合的技術(shù)，將部分適宜由客戶(hù)端完成的工作交由客戶(hù)端處理，減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，提升系統(tǒng)效率。

3.1系統(tǒng)緩存

緩存技術(shù)的提出目的是解決系統(tǒng)運(yùn)算和系統(tǒng)存儲(chǔ)過(guò)程的時(shí)間差異。在考試系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，緩存主要是由客戶(hù)端先從服務(wù)器端獲取所必需的數(shù)據(jù)信息，之后暫停與服務(wù)器之間的通信，直到下一次信息的獲取。緩存主要分為三類(lèi)：服務(wù)器端緩存數(shù)據(jù)、代理端緩存服務(wù)器端數(shù)據(jù)、客戶(hù)端緩存數(shù)據(jù)。為了盡可能緩解服務(wù)器壓力，開(kāi)發(fā)客戶(hù)端的運(yùn)算能力，轉(zhuǎn)換服務(wù)器的角色，當(dāng)大規(guī)模用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)段，服務(wù)器僅僅充當(dāng)一個(gè)分發(fā)及收集用戶(hù)數(shù)據(jù)的角色，關(guān)于數(shù)據(jù)的運(yùn)算分析交由客戶(hù)端執(zhí)行。用戶(hù)登陸系統(tǒng)以后將用戶(hù)試題下載到客戶(hù)端，暫停和服務(wù)器之間的通信，所有試題的解析及用戶(hù)答案的匹配都在客戶(hù)端進(jìn)行，用戶(hù)完成部分答題后將答案轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)格式傳輸?shù)椒?wù)器，并由服務(wù)器存儲(chǔ)到用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中。在執(zhí)行過(guò)程中，盡可能提升了客戶(hù)端的利用效率，減輕了服務(wù)器的壓力，當(dāng)大規(guī)模用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，服務(wù)器的負(fù)載也只是適當(dāng)增加，不會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)算量和存儲(chǔ)量過(guò)快增加。

下面以用戶(hù)翻頁(yè)操作為例，分析緩存技術(shù)對(duì)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響。（圖2）

通過(guò)對(duì)比分析，采取緩存技術(shù)可以節(jié)省分析答案并匹配的時(shí)間，另外，部分答案內(nèi)容也不需傳輸至服務(wù)器。因此，適度開(kāi)發(fā)客戶(hù)端的運(yùn)算能力即節(jié)約了時(shí)間、減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，也提升了整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。

3.2系統(tǒng)預(yù)取

單純依靠緩存技術(shù)，在試題內(nèi)容不是很多的時(shí)候可以緩存全部試題和答案。當(dāng)試題量很大的時(shí)候只能對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行緩存，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，可以通過(guò)預(yù)取技術(shù)對(duì)系統(tǒng)下一步需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前進(jìn)行緩存。通過(guò)預(yù)取和緩存技術(shù)相結(jié)合減少了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提升了客戶(hù)端資源的利用率。

（圖3）有無(wú)預(yù)取技術(shù)工作流程對(duì)比

通過(guò)分析對(duì)比，采用預(yù)取技術(shù)可以大大節(jié)省系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，改善用戶(hù)體驗(yàn)。

3.3緩存預(yù)取一體化

用戶(hù)在實(shí)際使用考試系統(tǒng)的過(guò)程中，往往是按照一定規(guī)律進(jìn)行答題和檢查。我們可以通過(guò)預(yù)測(cè)用戶(hù)的答題順序，根據(jù)緩存實(shí)際容量的大小將用戶(hù)正在使用和即將會(huì)使用到內(nèi)容先預(yù)取到緩存中。當(dāng)緩存內(nèi)容過(guò)滿(mǎn)時(shí)，將使用幾率較低的頁(yè)面從緩存中移除。通過(guò)緩存和預(yù)取一體化技術(shù)盡可能地提升系統(tǒng)資源的利用率，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，便于應(yīng)對(duì)大規(guī)模用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)。

4結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建在線(xiàn)考試平臺(tái)，能夠突破傳統(tǒng)教學(xué)考試模式對(duì)時(shí)間和空間的限制，節(jié)省了大量的社會(huì)資源。但由于系統(tǒng)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)帶寬等多方面因素的影響，系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中還是會(huì)受到種種制約。為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，改善用戶(hù)體驗(yàn)，本文討論主動(dòng)預(yù)取與被動(dòng)緩存相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路。盡可能地開(kāi)發(fā)客戶(hù)端的運(yùn)算能力，將能夠由客戶(hù)端完成的工作交由客戶(hù)端負(fù)責(zé)完成，使得當(dāng)大規(guī)模用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候，系統(tǒng)不會(huì)由于服務(wù)器本身負(fù)擔(dān)過(guò)重而導(dǎo)致響應(yīng)緩慢甚至系統(tǒng)癱瘓。適度開(kāi)發(fā)客戶(hù)端的運(yùn)算能力對(duì)客戶(hù)端本身的配置要求并不是太高，在不大量增加系統(tǒng)投入的情況下，通過(guò)策略調(diào)整提升系統(tǒng)穩(wěn)定性及增強(qiáng)系統(tǒng)工作效率。