基于SOA的小學新生入學注冊系統(tǒng)分析與設計

李厚民

摘? ?要：在“互聯(lián)網(wǎng)+政務服務”的背景下，文章針對政府部門間存在的“數(shù)據(jù)孤島”問題，提出了一種基于面向服務體系結構（SOA）的“小學生新生入學注冊系統(tǒng)”。該系統(tǒng)充分利用Web服務技術，高效、安全地整合、共享了各政府部門的政務數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了“零材料、不見面”審批，為小學生新生入學注冊提供了安全、便捷的在線注冊報名服務。文章論述了如何使用UML等建模工具，運用面向對象和面向服務分析、設計技術相結合的方法對該系統(tǒng)進行建模，對系統(tǒng)中的相關服務功能、編排組合關系進行了定義，并對系統(tǒng)的安全性及整體架構進行了設計。該系統(tǒng)設計充分發(fā)揮了SOA多種技術特性，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，同時也為數(shù)據(jù)安全問題提出了解決辦法，對基于SOA架構的相關信息系統(tǒng)設計具有重要的借鑒意義。

關鍵詞：面向服務體系結構（SOA）;Web服務;面向對象分析（OOA）;面向服務分析與設計（SOAD）;統(tǒng)一建模語言（UML）

中圖分類號：TP315 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2021）03-0083-05

一、引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+政務服務”的背景下，為進一步疏導堵點、解決難點，充分利用政務大數(shù)據(jù)、信息化手段，我市設計開發(fā)了“小學新生入學注冊系統(tǒng)”，讓“數(shù)據(jù)”替群眾跑腿，解決小學入學注冊報名的堵點和難點，提升人民群眾的幸福感。該系統(tǒng)基于面向服務的架構（Service Oriented-Architecture，SOA），通過整合、共享多部門政務數(shù)據(jù)資源，免去了適齡兒童入學注冊時需現(xiàn)場核驗戶口本、出生證明、不動產登記證等材料的麻煩，實現(xiàn)了該政務服務事項的“零材料、不見面”審批。

二、面向服務的架構

面向服務的架構是一種粗粒度、松耦合、可組合及可重用的分布式系統(tǒng)架構。它將應用程序的功能進行拆分，并通過定義良好的接口和標準規(guī)范實現(xiàn)不同單元應用之間的聯(lián)通，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的整合，打破了“信息孤島”，與其相關的技術有UDDI、WSDL、SOAP等。其中，UDDI提供了一種服務發(fā)現(xiàn)、查找和定位的方法;WSDL是對服務進行描述的語言，它基于XML的語法定義;SOAP定義了服務使用者和提供者之間信息交互的標準。

Web服務是SOA的主要實現(xiàn)方式，具有平臺獨立性、低耦合性等特點。通過使用開放的XML標準來對應用程序進行描述、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、協(xié)調和配置。Web 服務主要由服務提供者、請求者和注冊中心三個角色組成，它們之間的交互操作構成了SOA的一種實現(xiàn)架構，實現(xiàn)了服務的發(fā)布、查找、綁定和調用操作。Web服務模型如圖1所示。

三、系統(tǒng)建設目標

該系統(tǒng)應充分解決小學新生入學注冊時，家長需攜帶戶口本、出生證明、不動產登記證等材料現(xiàn)場核驗、登記的麻煩，提升招錄學校受理、審批的準確性和效率。主要實現(xiàn)以下幾個功能。

1.在線申請功能

報名家長實名登錄政務服務平臺，在線填報身份證，然后通過“信息調用功能”獲取居住證、出生證明、戶籍及房產等信息，實現(xiàn)適齡兒童入學注冊的在線申請。

2.在線審批功能

學校招錄人員通過登錄該系統(tǒng)后臺，在線核驗入學申請的詳細信息，實現(xiàn)在線審批，并通過該系統(tǒng)的“短信通知功能”將審批結果發(fā)送至申請人。

3.短信通知功能

該系統(tǒng)應具有短信通知功能，能及時將審批結果等信息通過手機短信的方式發(fā)送至申請人。

四、系統(tǒng)建設原則

為確保系統(tǒng)建設目標的順利實現(xiàn)，充分利用Web Service技術，實現(xiàn)居住證、戶籍、出生證明及房產等數(shù)據(jù)的安全、可靠共享和使用是系統(tǒng)建設成敗的關鍵。同時，該系統(tǒng)還應能快速響應業(yè)務變化，所以對系統(tǒng)建設提出以下原則性要求。

1.安全性原則

由于該系統(tǒng)在使用過程中需調用戶籍數(shù)據(jù)、出生人口數(shù)據(jù)、房產登記數(shù)據(jù)等。為確保信息安全性和個人隱私保護，系統(tǒng)在設計、實現(xiàn)過程中需充分考慮系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的保密性。

2.易修改性原則

為了能更好、及時地適應小學新生入學注冊政策的變化，該系統(tǒng)應易于修改，并能及時對業(yè)務規(guī)則變化做出調整。

3.可靠性原則

由于該系統(tǒng)在線上注冊報名期間會出現(xiàn)短時間內集中的并發(fā)請求，且當訪問中斷時，會造成極壞的社會影響。因此，在系統(tǒng)設計過程中，應加強系統(tǒng)可靠性、可用性設計的考慮，確保訪問質量。

五、系統(tǒng)分析與建模

通過運用面向對象和面向服務分析技術相結合的方式，使用統(tǒng)一建模語言UML對系統(tǒng)進行分析建模。在充分了解系統(tǒng)是“做什么”的情況下，分析具體需要哪些服務，以及如何組合這些服務，最終實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

1.面向對象分析與設計

首先運用面向對象分析（OOA）方法對該系統(tǒng)的問題域進行分析和理解，識別其中的事務及其之間的關系，并借助Visio工具，利用統(tǒng)一建模語言UML對問題域和系統(tǒng)功能進行描述。OOA的主要任務是了解該系統(tǒng)是“做什么”的，以及具體流程是“怎么樣”的。該系統(tǒng)在OOA階段主要通過用例圖和活動圖實現(xiàn)系統(tǒng)建模，如圖2至圖5所示。

2.面向服務分析與設計

在完成面向對象建模，了解系統(tǒng)是“做什么”的、流程是“怎么樣”的以后，開始進行面向服務建模。在服務建模過程中，參考目前主流“面向服務的建模和架構方法”（Service-Orient Modeling and Architecture，SOMA）和主流“SOA方法”（Mainstream SOA Methodology，MSOAM），根據(jù)該系統(tǒng)的特點，對分析、設計流程進行優(yōu)化。通過細化業(yè)務流程、識別候選服務、對服務進行編排組合等過程實現(xiàn)系統(tǒng)的面向服務建模。

在面向服務建模的過程中，服務的粒度、層次的切割是考慮的重點。粗粒度的服務在調用效率和可靠性方面有優(yōu)勢，但深度定制化的服務難以實現(xiàn)服務的復用，也不便于未來業(yè)務的擴展;細粒度的服務雖在復用度、擴展性方面優(yōu)勢明顯，但是多服務、多層級的服務組合調用也將給系統(tǒng)帶來性能和可靠性方面的問題。因此，需在服務的劃分過程中，實現(xiàn)服務的復用度、調用效率、可靠性和擴展性等多方面的平衡。下面將對主要的服務劃分及服務間的組合方式進行說明，如圖6所示。

（1）入學注冊申請服務

該服務實現(xiàn)注冊信息的填報功能。申請人填寫身份證號后，通過調用“信息調用服務”自動獲取居住證、戶籍、出生證明及房產數(shù)據(jù)相關信息，并實現(xiàn)房產與學校之間的自動匹配，從而完成信息的填報工作。

（2）信息調用服務

該服務為編排組合后的業(yè)務服務。以申請人證件號為參數(shù)，通過調用“戶籍信息服務”“房產信息服務”“出生證明信息服務”等基礎服務單元來獲取戶籍、房產和出生證明等相關信息，再通過調用“房產學籍匹配服務”實現(xiàn)房產與學校的匹配，完成注冊信息的填報，如圖7、圖8所示。

（3）入學注冊審核服務

該服務在獲取入學注冊申請信息后，先經(jīng)后臺人工核驗，然后提交審核結果，并通過“短信通知服務”將審核結果通知申請人。

（4）短信通知服務

該服務通過調用運營商短信網(wǎng)關發(fā)布短信通知。

六、系統(tǒng)安全設計

系統(tǒng)運用了戶籍、出生人口、房產登記等重要數(shù)據(jù)，故在設計中對數(shù)據(jù)的安全性進行了加強。除使用網(wǎng)絡防火墻、應用防火墻和入侵檢測等安全防護設備外，為確保Web 服務數(shù)據(jù)交換的安全性，還采用了以下防護技術。

1.安全套接層（SSL）技術

為確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性，使用SSL（Security Socket Layer，SSL）加密套接字加密傳輸鏈路，通過創(chuàng)建虛擬局域網(wǎng)確保點對點的安全。

2.數(shù)據(jù)加密技術

SSL雖實現(xiàn)了點對點的安全，卻無法滿足對消息內容的保護。需采用SM2非對稱加密技術對數(shù)據(jù)加密，客戶端使用公鑰對請求數(shù)據(jù)進行加密，服務端接收到請求數(shù)據(jù)后使用私鑰進行解密處理，確保端到端的安全。

3.時間戳技術

為進一步提升服務的安全性，在數(shù)據(jù)傳輸過程中引入時間戳?？蛻舳藢l(fā)起請求的時間添加到請求數(shù)據(jù)中，經(jīng)加密后傳輸。服務端接收到請求數(shù)據(jù)后，解密獲得時間信息，通過時間信息的合理性判斷請求的合法性。時間戳的引入，可有效避免重放攻擊，提升了服務運行的安全性。

4.日志審計技術

開發(fā)Web Service請求日志功能。對Web Service請求進行登記，并通過數(shù)據(jù)分析功能，對請求進行分析和審計，對異常請求及時提示報警，并對安全攻擊進行追溯。日志除了在系統(tǒng)安全方面的作用外，還為系統(tǒng)的故障檢測、性能監(jiān)控等提供了重要的參考依據(jù)。

5.敏感數(shù)據(jù)脫敏技術

為確保數(shù)據(jù)的保密性，對數(shù)據(jù)中的姓名、身份證、手機等涉及個人隱私的敏感信息，通過運行一定的脫敏規(guī)則對敏感數(shù)據(jù)的部分字段用“*”號隱藏，實現(xiàn)對敏感信息的可靠保護。確保敏感數(shù)據(jù)調用的保密性，是系統(tǒng)開發(fā)的難點和重點。為切實做好敏感數(shù)據(jù)的保密工作，系統(tǒng)采用了面向切面編程（AOP）與正則表達式相結合的技術對Web服務調用結果中的身份證號、手機號等敏感數(shù)據(jù)進行脫敏處理，確保敏感數(shù)據(jù)的保密性。

七、系統(tǒng)架構設計

按照該系統(tǒng)的建設目標和建設原則，為了更好地整合和調用出生醫(yī)學證明信息、戶籍信息、房產信息和不動產登記信息等。該系統(tǒng)引入了面向服務的架構（SOA），采用層次化的分布式結構，將系統(tǒng)劃分為表示層、業(yè)務邏輯服務層、基礎服務層、數(shù)據(jù)存儲層、基礎設施層等五層，其架構如圖9所示。

1.表示層

表示層是面向用戶的系統(tǒng)界面，實現(xiàn)與用戶的交互，接受用戶請求，返回處理結果等。該系統(tǒng)提供了PC端Web頁面和移動端APP等2種交互方式。

2.業(yè)務邏輯服務層

業(yè)務邏輯服務層充分應用了SOA的服務可組合特性，依據(jù)業(yè)務規(guī)則、業(yè)務流程的要求，對基礎服務層中由Web服務技術封裝好的服務單元進行調用和編組，形成業(yè)務邏輯服務，支撐業(yè)務功能。如“入學注冊申請服務”“入學注冊審核服務”“短信通知服務”等。

3.基礎服務層

基礎服務層是該系統(tǒng)體系架構的核心，主要是利用Web服務技術，編制基礎服務單元，并對數(shù)據(jù)存儲層進行操作，向業(yè)務邏輯服務層提供基本的服務單元。如“信息調用服務”中的“戶籍信息服務”“房產信息服務”“出生證明信息服務”等都作為基礎服務單元為業(yè)務邏輯服務層提供支撐。

4.數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲層主要用于實現(xiàn)對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行存儲，一般包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文本文檔和XML文件等。該層實現(xiàn)各部門業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯聚、格式轉換、清洗和共享等。按照數(shù)據(jù)的匯聚和共享操作，可將該層細分為數(shù)據(jù)匯聚層和數(shù)據(jù)共享層。

（1）數(shù)據(jù)匯聚層

數(shù)據(jù)匯聚層主要實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯集和存儲。

（2）數(shù)據(jù)共享層

數(shù)據(jù)共享層根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求，對匯聚層中的數(shù)據(jù)進行標準化、清洗和抽取，然后同步至共享數(shù)據(jù)庫中，供系統(tǒng)使用。

5.基礎設施層

基礎設施層主要由網(wǎng)絡資源、計算資源、存儲資源和安全設施等組成。

八、系統(tǒng)功能界面設計

軟件界面的設計直接影響用戶使用體驗。設計良好的界面不僅美觀，而且能夠很好地引導用戶完成相應操作，且對系統(tǒng)的運行效率和安全性也起到了很大的作用。系統(tǒng)APP界面設計如圖10所示。

為了在界面設計上達到上述目標，堅持以用戶為中心，采用簡潔、美觀、一致的設計風格，易于用戶的理解和使用。在安全性方面，運用正則表達式技術對界面輸入框中的輸入信息進行規(guī)范性驗證。在運行效率方面，考慮系統(tǒng)采用了大量的服務調用來獲取數(shù)據(jù)，交互過程中，界面的響應速度會受到網(wǎng)絡連接、服務響應及數(shù)據(jù)處理能力等因素的影響，故為系統(tǒng)交互界面增加了等待響應的提示，從而提升了用戶的使用體驗。

九、結語

本文主要論述了運用面向對象建模與面向服務建模相結合的方法，使用UML等建模工具對“小學生新生入學注冊系統(tǒng)”進行分析建模。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了SOA的重用性、組合性等特性，通過對基礎服務單元的編排、組合，實現(xiàn)相關業(yè)務邏輯服務，為各項功能需求提供支撐。同時，該系統(tǒng)在實現(xiàn)部門間數(shù)據(jù)共享的基礎上，對數(shù)據(jù)共享操作的安全性進行了加固設計。

實踐證明，該系統(tǒng)安全可靠、運行穩(wěn)定，達到了設計要求。該系統(tǒng)基于SOA的多種特性，不僅實現(xiàn)了多部門之間的數(shù)據(jù)共享，而且提升了系統(tǒng)設計、開發(fā)和部署的便利性和靈活性，提高了小學生新生入學注冊的效率，也為日后適應業(yè)務調整做足了準備。

但在系統(tǒng)運行的高峰時段，還存在服務調用延時的情況。為了解決該問題，下一步將引入服務調用監(jiān)控機制和負載均衡技術，加強對服務運行情況的監(jiān)控，及時掌握服務運行狀況，并有效利用負載均衡技術解決服務高并發(fā)和單點故障問題，提高系統(tǒng)的整體性能和用戶體驗。

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（編輯：王曉明）