基于Android的校園選座App的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

袁世龍　李旭芳　嚴(yán)天立

摘 要 近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)端技術(shù)的高速發(fā)展，Android因?yàn)槠湓谝苿?dòng)端上擁有格外的優(yōu)勢(shì)，更有利于構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”的問(wèn)題解決方案。利用Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)“互聯(lián)網(wǎng)+選座”的選座解決方案，可以?xún)?yōu)化或解決高校對(duì)于自習(xí)、考研學(xué)習(xí)、課程答疑，向?qū)W生分配座位，管理座位等問(wèn)題。該系統(tǒng)采用Android（Java）客戶(hù)端 + Java套接字服務(wù)器 + I/O文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ) + Java 套接字管理客戶(hù)端，構(gòu)成系統(tǒng)。旨在快速實(shí)現(xiàn)平臺(tái)搭建，并滿(mǎn)足相關(guān)管理需求。

關(guān)鍵詞 Android Java Socket 高校選座 選座App

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1背景

當(dāng)前，在各大高校，為達(dá)到各種目的而分配的座位已成為一種重要的教育資源。雖然座位作為基本單位，但是承載的功能多種多樣，可能是考研學(xué)生的自習(xí)座位，可能是一般學(xué)生的自習(xí)座位，也有可能是老師進(jìn)行答疑的答疑座位等。因?yàn)槎喾N多樣的功能目的，同時(shí)教室的分配又具有較高的靈活性，在空間與時(shí)間上都會(huì)發(fā)生變化，所以相關(guān)座位的管理就成為了一大問(wèn)題。然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，高校對(duì)于自習(xí)教室的管理，可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與解決。同時(shí)在教室選座這一問(wèn)題上，用戶(hù)靈活性高且管理對(duì)象變更速度快，因此Android移動(dòng)端平臺(tái)搭建可以說(shuō)是最適合用于解決此類(lèi)問(wèn)題。

2需求分析

2.1功能需求

基于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)，我們整理得到以下幾種基本功能需求：（1）能夠區(qū)分、標(biāo)識(shí)用戶(hù)所在學(xué)校，并且能夠?qū)τ脩?hù)個(gè)體進(jìn)行通知與識(shí)別;（2）能夠從系統(tǒng)中獲取座位實(shí)時(shí)信息，并通過(guò)Android端的app進(jìn)行展示;（3）能夠?qū)淌易慌c相關(guān)資源提供足夠的信息來(lái)幫助用戶(hù)參考、選座;（4）能夠?qū)⒔淌一蜃坏耐ㄖ?、變更信息即時(shí)發(fā)送給用戶(hù)，避免造成管理上的問(wèn)題。（5）用戶(hù)能通過(guò)一定的排序，來(lái)對(duì)可選教室進(jìn)行過(guò)濾篩選，并且可以通過(guò)搜索、收藏與查看選座記錄的方式對(duì)特定教室加以區(qū)別和搜索，方便再次選座和指定目標(biāo)的選座。（6）能夠按照學(xué)校的相關(guān)規(guī)定對(duì)系統(tǒng)用戶(hù)的行為進(jìn)行一定的約束或監(jiān)督，以便管理。

2.2用戶(hù)群體

我們把用戶(hù)群體進(jìn)行一定的分類(lèi)：

（1）一般用戶(hù)：

①學(xué)生：進(jìn)行選座與被管理的用戶(hù)對(duì)象。

②答疑老師：通過(guò)發(fā)送消息來(lái)通知學(xué)生用戶(hù)前往對(duì)應(yīng)教室進(jìn)行答疑的用戶(hù)對(duì)象。

（2）管理用戶(hù)：

①教室管理人員：可以前往教室、對(duì)教室內(nèi)的資源進(jìn)行維護(hù)并對(duì)違規(guī)行為進(jìn)行管理的用戶(hù)對(duì)象。②系統(tǒng)管理人員：對(duì)系統(tǒng)的Android端、服務(wù)器端和管理客戶(hù)端進(jìn)行軟件維護(hù)與數(shù)據(jù)維護(hù)的用戶(hù)對(duì)象。

2.3性能需求分析

（1）突發(fā)性高并發(fā)：用戶(hù)對(duì)于系統(tǒng)的訪問(wèn)多為周期性的高并發(fā)訪問(wèn)，而在多數(shù)期間屬于靜息期。高并發(fā)周期取決于校園的晚自習(xí)安排、下課后學(xué)生自習(xí)安排、節(jié)假日自習(xí)安排、老師答疑安排等等。并發(fā)峰值基于學(xué)校的人數(shù)決定，經(jīng)調(diào)研系統(tǒng)最少需要支持500-700人的峰值并發(fā)使用。

（2）個(gè)體用戶(hù)持續(xù)的TCP請(qǐng)求：用戶(hù)App在線時(shí)為了能夠及時(shí)刷新用戶(hù)界面內(nèi)容，定時(shí)會(huì)向服務(wù)器請(qǐng)求獲取班級(jí)信息。因此，當(dāng)人在線人數(shù)增加時(shí)，TCP并發(fā)量會(huì)成倍增加。這需要服務(wù)器對(duì)于高并發(fā)訪問(wèn)有著更高的性能。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安卓客戶(hù)端與Java服務(wù)端互相通過(guò)基于TCP/IP協(xié)議的Socket通訊，獲取Android客戶(hù)端所需的相關(guān)信息、用戶(hù)信息與管理信息、用戶(hù)端上傳的密碼修改、手機(jī)綁定與選組等操作信息。Socket通訊的內(nèi)容采用JSON格式進(jìn)行交付。客戶(hù)端與服務(wù)端之間通過(guò)“對(duì)象->JSON文本->對(duì)象”的模式進(jìn)行信息傳遞。

Android客戶(hù)端搭載了SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。Java服務(wù)端采用Java語(yǔ)言原生的文本I/O流對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、存儲(chǔ)。客戶(hù)端負(fù)責(zé)將得到的信息展現(xiàn)在用戶(hù)面前，給用戶(hù)提供選座的參考信息與通知等功能。Java服務(wù)端提供數(shù)據(jù)的匯總、處理與反饋等功能。Java管理客戶(hù)端則負(fù)責(zé)管理用戶(hù)中系統(tǒng)管理人員與教室管理人員對(duì)教室相關(guān)信息的變更、違規(guī)懲罰以及信息通知等內(nèi)容發(fā)送給服務(wù)器，用于更新教室信息。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1客戶(hù)端界面設(shè)計(jì)

Android客戶(hù)端基于Androidx，API 21（Android5.0），OpenJDK8開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)環(huán)境Android Studio3.5.3?？蛻?hù)端內(nèi)的數(shù)據(jù)為SQLite（Room庫(kù)支持）?？蛻?hù)端大致結(jié)構(gòu)與控件使用：

4.2 SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

客戶(hù)端內(nèi)采用的Room數(shù)據(jù)庫(kù)抽象來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理維護(hù)，并將數(shù)據(jù)交互的過(guò)程放置在其他線程來(lái)避免對(duì)主線程造成卡頓，從而影響用戶(hù)體驗(yàn)。

4.2.1 Dao接口設(shè)計(jì)

定義interface注以注釋@Dao將該接口定義為Dao，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作封裝，使得Java對(duì)象能夠抽象為特定表中的元組得以存儲(chǔ)。對(duì)Dao接口內(nèi)的抽象函數(shù)進(jìn)行注釋以聲明數(shù)據(jù)庫(kù)操作。@Insert注釋方法為插入對(duì)象到表中。@Update注釋方法為以主鍵檢索表，更新對(duì)象到表中。@Delete注釋方法為以主鍵檢索表，將傳入方法的對(duì)象在表中找到并刪除。@Query（）注釋可以寫(xiě)入?yún)?shù)，參數(shù)為SQL語(yǔ)句，對(duì)表進(jìn)行特定的操作，并且注釋了該注釋的函數(shù)帶有返回值作為結(jié)果。客戶(hù)端中主要采用“@Query”獲取全表對(duì)象。

4.2.2 Entity 存儲(chǔ)類(lèi)設(shè)計(jì)

能夠被Dao操作的Java對(duì)象是注以@Entiy的類(lèi)，該類(lèi)決定了數(shù)據(jù)庫(kù)中表的設(shè)計(jì)。類(lèi)中變量決定表中的屬性名。注以@PrimaryKey（autoGenerate = true）的變量為主鍵，參數(shù)決定其為自動(dòng)生成主鍵值，注以@ColumnInfo（name = "Column_name"）的變量為設(shè)置該變量在數(shù)據(jù)庫(kù)表中的屬性名，而該屬性的存儲(chǔ)方式將與該變量的Java類(lèi)型相同。

4.2.3 DataBase類(lèi)設(shè)計(jì)

將類(lèi)注釋以@Database聲明為DataBase類(lèi)，其封裝了數(shù)據(jù)庫(kù)連接，作為一個(gè)對(duì)象方便訪問(wèn)。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該類(lèi)采用了單例模式，以避免反復(fù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象而產(chǎn)生的系統(tǒng)損耗或內(nèi)存泄露。

4.3服務(wù)端設(shè)計(jì)

服務(wù)端使用Java原生的I/O文本流與TCP Socket技術(shù)搭建。通過(guò)TCP連接輪詢(xún)實(shí)現(xiàn)等待TCP連接并響應(yīng)。

5系統(tǒng)測(cè)試

5.1功能測(cè)試

（1）用戶(hù)自動(dòng)創(chuàng)建測(cè)試。用戶(hù)首次登錄App直接創(chuàng)建默認(rèn)賬號(hào)來(lái)進(jìn)行登錄驗(yàn)證。

（2）頁(yè)面跳轉(zhuǎn)測(cè)試。App端界面跳轉(zhuǎn)應(yīng)該流暢、正確。各個(gè)界面是否有提供返回到上一界面的按鍵。檢測(cè)是否存在界面丟失而引發(fā)的空指針異常。

（3）檢查各個(gè)按鈕控件是否正常運(yùn)行，功能完整，能夠準(zhǔn)確向用戶(hù)表達(dá)其功能用途。

（4）檢測(cè)頁(yè)面數(shù)據(jù)是否正常，數(shù)據(jù)加載線程與UI線程通信是否正常。

（5）App端與服務(wù)器通信測(cè)試。

5.2性能測(cè)試用例設(shè)計(jì)

基于阿里云服務(wù)器，云服務(wù)監(jiān)控。以加快單客戶(hù)端TCP連接請(qǐng)求頻率模擬并發(fā)訪問(wèn)。著重對(duì)服務(wù)器與客戶(hù)端之間的網(wǎng)絡(luò)情況：如服務(wù)器平均入網(wǎng)帶寬、服務(wù)器平均出網(wǎng)帶寬、TCP連接并發(fā)峰值，的測(cè)試。同時(shí)測(cè)試服務(wù)器的CPU平均使用率。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，服務(wù)器在峰值并發(fā)達(dá)到700次訪問(wèn)時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)。在最高并發(fā)數(shù)下Java虛擬機(jī)堆內(nèi)存穩(wěn)定在10Mb左右。

5.3測(cè)試結(jié)論

系統(tǒng)測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)良好，對(duì)于突發(fā)性高并發(fā)訪問(wèn)有較好的抗壓能力。服務(wù)器內(nèi)存運(yùn)行情況持續(xù)、平穩(wěn)。CPU使用率較低，網(wǎng)絡(luò)帶寬要求低，服務(wù)器部署運(yùn)行良好，客戶(hù)端接收情況良好。

6結(jié)論

隨著互聯(lián)網(wǎng)浪潮的來(lái)襲，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合移動(dòng)端平臺(tái)給許多現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題帶來(lái)了新的解決思路。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以看到本論文設(shè)計(jì)的校園選座APP能夠充分利用功能性座位這種教學(xué)資源，改善傳統(tǒng)的座位管理方式。并且該系統(tǒng)也擁有較好的可擴(kuò)展性，可以擴(kuò)充入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)等，讓選座的紀(jì)律管理與安排效果更好。但該系統(tǒng)也有一定的缺點(diǎn)，比如Java服務(wù)端可以進(jìn)行優(yōu)化，部署專(zhuān)業(yè)的Web服務(wù)器而不是Socket服務(wù)器，并且可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相關(guān)信息，而不是IO文件流存儲(chǔ)。不過(guò)當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)系性較低，并發(fā)量并不是非常大，所以采用IO文件流存儲(chǔ)會(huì)更加適合。

Android移動(dòng)端平臺(tái)發(fā)展至今，由于其開(kāi)源而擁有良好的生態(tài)，用戶(hù)群體龐大，市場(chǎng)前景可觀。通過(guò)Android平臺(tái)解決各大高校對(duì)于座位教學(xué)資源的管理的各種問(wèn)題，是一個(gè)較為可觀的方案。這將使得用戶(hù)能夠高效的尋找合適的位置，管理者也能夠精準(zhǔn)的實(shí)施管理。

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