基于彈性框架的信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

邱 敏

（作者單位：南京高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校）

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)軟件系統(tǒng)建設(shè)要能支撐起各種業(yè)務(wù)職能，最終使企業(yè)的運維變得高效有序。而一個行業(yè)或企業(yè)信息化系統(tǒng)的建設(shè)與運維因業(yè)務(wù)的不同，通常需要專門定制開發(fā)，投入使用后也需要運維人員長效地運行維護。另外，隨著企業(yè)的發(fā)展或業(yè)務(wù)的調(diào)整，信息化系統(tǒng)也需不斷地升級調(diào)整。而企業(yè)人力資源、固定資產(chǎn)、財務(wù)、辦公審批、項目管理等職能的信息化，往往意味著高昂的建設(shè)、運維成本，對于中小企業(yè)而言，這是實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理信息化最大的難題。

本次設(shè)計開發(fā)的目的是實現(xiàn)一款數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、框架、業(yè)務(wù)流程與權(quán)限可完全自定義的通用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，能夠滿足中小企業(yè)日常業(yè)務(wù)中對信息化系統(tǒng)的需求。用戶只需通過后臺調(diào)整配置，即可實現(xiàn)實時增減數(shù)據(jù)模塊和字段等要素，也可實現(xiàn)系統(tǒng)的自我升級調(diào)整，從而大大降低系統(tǒng)后期的開發(fā)維護成本。

1 系統(tǒng)應(yīng)用分析

通過對信息化系統(tǒng)場景分析發(fā)現(xiàn)，中小型企業(yè)通常信息數(shù)據(jù)量小于千萬級，但應(yīng)用場景多變，信息框架常隨業(yè)務(wù)需求進行調(diào)整。常使用的信息模塊包括人力資源管理、固定資產(chǎn)管理、銷售、生產(chǎn)管理等模塊。要滿足這些需求，就要實現(xiàn)在基于常見信息系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上來定制開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。

1.1 常用信息系統(tǒng)架構(gòu)

現(xiàn)階段信息系統(tǒng)架構(gòu)常見以下幾種：

CS架構(gòu)，即Client/Server（客戶機/服務(wù)器），通常在小型局域網(wǎng)使用。需要在每臺客戶機上安裝相應(yīng)的客戶端程序，從而與服務(wù)端程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理。優(yōu)勢是客戶端響應(yīng)速度快、可處理大量復(fù)雜數(shù)據(jù)；劣勢是應(yīng)用場景有限，部署、維護成本較高。

BS架構(gòu)，即Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）。服務(wù)端為Web服務(wù)器和相應(yīng)業(yè)務(wù)處理程序，客戶端為瀏覽器（Browse）。其優(yōu)勢是僅通過瀏覽器即可完成客戶端功能，維護成本低；劣勢是處理復(fù)雜邏輯性能差，數(shù)據(jù)安全較難保障，特別在跨瀏覽器響應(yīng)上不盡如人意。

SOA架構(gòu)，即Service-Oriented Architecture（面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)），在Internet環(huán)境下解決業(yè)務(wù)集成需求，通過Web service接口連接實現(xiàn)信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能。其服務(wù)以粗粒度、開放式、松耦合方式呈現(xiàn)，應(yīng)用程序通過訪問服務(wù)接口完成信息交換。其優(yōu)勢是系統(tǒng)維護成本低，有良好的可用性和可擴展性；劣勢是安全性、可靠性、系統(tǒng)效率性能略差。

ROA架構(gòu)，即Resource-Oriented Architecture（面向資源的架構(gòu)體系），體系中所有業(yè)務(wù)組件被稱為資源。資源作為一個獨立的、可識別的實體，被分配一個統(tǒng)一的資源定位符（URI），信息系統(tǒng)客戶端通過標準通用接口實現(xiàn)對資源信息的管理。其優(yōu)勢是交易復(fù)雜信息處理問題，且代碼共用，開發(fā)維護成本較低，有良好的可擴展性，相對SOA有較好性能、效率和易用性；劣勢是接口規(guī)范過于簡單，復(fù)雜操作適用性不佳，特別在僅支持POST、GET的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境下，應(yīng)用受到限制。

1.2 彈性框架下信息系統(tǒng)的設(shè)計要求

一個通用可自定制信息化系統(tǒng)設(shè)計若想滿足企業(yè)實用要求，須滿足以下幾個基本要求：

（1）安全。安全幾乎是所有信息化系統(tǒng)的基本要求，其內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)庫安全、服務(wù)器安全、通信數(shù)據(jù)安全、登錄授權(quán)審計、業(yè)務(wù)權(quán)限等多方面，都需要在信息系統(tǒng)框架設(shè)計中被考慮。

（2）可用。作為通用應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計需建立標準模塊，要支持在不同業(yè)務(wù)流下，各種數(shù)據(jù)的查詢、增加、修改、刪除、顯示的實現(xiàn)，從而滿足人力資源、成產(chǎn)調(diào)度、資產(chǎn)管理等各種應(yīng)用環(huán)境的使用需求。

（3）靈活。一個通用信息系統(tǒng)，往往意味著需求多樣，在使用中也是多變的。這樣導(dǎo)致數(shù)據(jù)管理將不再結(jié)構(gòu)固化，需要具備基于動態(tài)的維護模式。

（4）易用。為滿足企業(yè)跨地域的應(yīng)用，在復(fù)雜互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下需有良好的可用性：可擴展、易擴展、易維護、架構(gòu)簡單，易在云端部署。

2 信息系統(tǒng)框架設(shè)計

基于安全、可用、靈活的互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)應(yīng)用需求考慮，顯然SOA架構(gòu)在本次信息化系統(tǒng)設(shè)計中會有良好的表現(xiàn)。

2.1 總體設(shè)計框架

基本框架由mongoDB副本集數(shù)據(jù)庫+Tomcat部署環(huán)境+Java接口程序+C#應(yīng)用程序（Windows端）組成，如圖1所示：

系統(tǒng)客戶端為Windows系統(tǒng)下C#應(yīng)用程序，包括客戶端維護、數(shù)據(jù)解析顯示、信息數(shù)據(jù)的增改刪查等基本數(shù)據(jù)管理功能。考慮互聯(lián)網(wǎng)通信的可用性和安全性，客戶端與接口基于https協(xié)議，以post方式通過接口管理、獲取服務(wù)器數(shù)據(jù)資源。

服務(wù)端采用了Jersey RESTful基本開源框架，考慮接口對各種終端的可用性，接口均采用post方式實現(xiàn)Web服務(wù)。接口內(nèi)容包括數(shù)據(jù)的增改刪查管理、信息系統(tǒng)動態(tài)配置管理、客戶端機及用戶的鑒證授權(quán)、客戶端升級維護、日志等。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為服務(wù)端提供數(shù)據(jù)支撐，系統(tǒng)采用基于分布式文件存儲的mongoDB數(shù)據(jù)庫，并工作在副本集模式，可實現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)冗余。mongoDB數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模式自由（schema-free），無須進行任何結(jié)構(gòu)定義，這將非常有利于信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的隨時變換調(diào)整，從而使整個系統(tǒng)的彈性架構(gòu)成為可能。

服務(wù)的部署為centos系統(tǒng)，Web服務(wù)使用tomcat。系統(tǒng)部署簡單，可非常方便地在云服務(wù)器上以復(fù)制方式部署。隨著業(yè)務(wù)量增加，可采取Nginx實現(xiàn)性能擴展。

2.2 信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

mongoDB作為基于分布式文件存儲的數(shù)據(jù)庫，介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常松散，類似json的bson格式，可以存儲較復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，通過gridFS也可實現(xiàn)文件的存儲管理。mongoDB數(shù)據(jù)使用“面向集合”概念，數(shù)據(jù)被存儲在數(shù)據(jù)集合（Collection）中，類似RDBMS中的表（table），但其無須進行字段定義。實際上，可以根據(jù)需要隨時把不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)以BSON形式存儲在一個文檔（Document）里，類似關(guān)系數(shù)據(jù)庫表中的記錄。

出于便于管理和彈性化組合的目的，需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行標準化處理，此處引入以下幾個概念：

（1）數(shù)據(jù)單元。每個數(shù)據(jù)單元對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的一個集合，包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)單元和應(yīng)用數(shù)據(jù)單元。系統(tǒng)數(shù)據(jù)單元包括用戶、用戶組、日志、配置、收藏等5個數(shù)據(jù)單元；應(yīng)用數(shù)據(jù)單元則由配置模塊動態(tài)生成，如人力資源信息管理中的人員信息表、資產(chǎn)管理表等。

（2）數(shù)據(jù)流屬性。每個數(shù)據(jù)文檔（記錄）在數(shù)據(jù)單元中所處的流程狀態(tài)，如固定資產(chǎn)信息管理中，有在庫房、在使用中、已報廢等不同狀態(tài)。流程的定義與各流程間關(guān)系同樣由配置模塊動態(tài)生成。

（3）數(shù)據(jù)元素。每個數(shù)據(jù)文檔中的標準數(shù)據(jù)屬性。本設(shè)計中對數(shù)據(jù)類型進行了標準處理，使之形成標準組件。系統(tǒng)根據(jù)配置可統(tǒng)一調(diào)整組件在客戶端顯示的大小、位置、外觀、形式；同時，根據(jù)不同組件類型，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中有不同的存儲模式，在終端也有不同編輯顯示形式，如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)元素組件

2.3 Java服務(wù)器端

系統(tǒng)Tomcat服務(wù)端設(shè)計采用了Jersey RESTful基本開源框架，在java環(huán)境下實現(xiàn)各種資源的接口服務(wù)。信息數(shù)據(jù)管理維護采用統(tǒng)一URI接口，使用post方式提交Json數(shù)據(jù)對象，對象屬性包括命令碼、Token令牌等參數(shù)。本系統(tǒng)設(shè)計基本接口命令如表2所示。

表2 服務(wù)端訪問接口

對于文件組件數(shù)據(jù)元素的維護則需要使用單獨的uri接口，上傳接口依然采用post方式，除了文件本身外，還將提交文件所屬集合、文檔信息。當文件上傳完畢后，接口同步更新關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息。而下載則采用get方式，方便共享或調(diào)用，客戶端向接口提交下載申請后，服務(wù)接口返回一個臨時下載鏈接，一次下載完畢后則鏈接失效，以確保數(shù)據(jù)安全。

2.4 客戶端

系統(tǒng)客戶端設(shè)計運行在Windows系統(tǒng)下.net 4.0運行環(huán)境。作為和用戶的交互終端，客戶端設(shè)計主要承擔信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析維護，以及系統(tǒng)配置功能?？蛻舳丝蚣芊譃榍芭_數(shù)據(jù)維護項目和后臺工具配置項目，如圖2所示：

WSAPI類實現(xiàn)了至服務(wù)端接口訪問的完整封裝,前臺類僅需處理數(shù)據(jù)采集和顯示問題，通過該類獲取或保存數(shù)據(jù)，無須關(guān)心URI、認證、權(quán)限、數(shù)據(jù)格式等問題。

后臺設(shè)計事實上是整個彈性框架信息系統(tǒng)的核心，而數(shù)據(jù)元素的動態(tài)定義，對每個數(shù)據(jù)屬性的讀寫權(quán)限配置均在此完成，用戶操作界面如圖3所示。

該界面為cfgMng窗體類生成，配置數(shù)據(jù)均為json對象格式，配置通過校驗后，將提交服務(wù)端寫入配置接口，客戶端或服務(wù)端也將實時加載配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)架構(gòu)調(diào)整。數(shù)據(jù)元素的配置可通過圖4了解。

doc數(shù)組屬性為數(shù)據(jù)集合中所有數(shù)據(jù)配置組，其中每個對象均為一個信息數(shù)據(jù)庫集合的一個數(shù)據(jù)元素，對象中Typ屬性數(shù)據(jù)元素類別。在配置中，可以調(diào)整元素控件在客戶端顯示的大小、位置、顯示形式及內(nèi)容。

系統(tǒng)前臺設(shè)計主要著重與用戶的交互，包括數(shù)據(jù)集合、數(shù)據(jù)文件的查詢、顯示、導(dǎo)入、管理等功能。如圖5所示。

TableMng類用完數(shù)據(jù)集合的查詢、收藏、列表顯示功能。如圖6所示：

TabelEdit類用于編輯、顯示數(shù)據(jù)元素詳細內(nèi)容。

TableImport類用于從EXCEL文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

TableSel 用戶lnk類型數(shù)據(jù)元素從其他數(shù)據(jù)集合映射關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

圖6中，左側(cè)為數(shù)據(jù)集合圖標入口，通過后臺配置動態(tài)生成，中間欄為數(shù)據(jù)元素查詢欄，可在搜索配置中調(diào)整聯(lián)合查詢的內(nèi)容。右側(cè)欄為搜索數(shù)據(jù)文檔結(jié)果的展示。右側(cè)欄上為“數(shù)據(jù)流”顯示，點擊可篩選處于當前數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文檔。

3 系統(tǒng)安全

安全性是衡量信息系統(tǒng)可用性的一個最重要的指標。系統(tǒng)的安全涵蓋數(shù)據(jù)庫安全、部署環(huán)境安全、數(shù)據(jù)傳輸安全、認證授權(quán)、功能權(quán)限、日志等多方面內(nèi)容。

數(shù)據(jù)庫安全，系統(tǒng)設(shè)計使用mongoDB數(shù)據(jù)庫，其工作在副本集模式下，數(shù)據(jù)和保存文件的冗余可保證系統(tǒng)信息資料不被損壞，同時客戶端并不直接訪問數(shù)據(jù)庫，可配置數(shù)據(jù)庫白名單僅允許接口服務(wù)的IP地址訪問。同時設(shè)置數(shù)據(jù)庫訪問授權(quán)，可充分保證數(shù)據(jù)安全。

部署環(huán)境和傳輸安全，通過對centos防火墻設(shè)置，系統(tǒng)僅開放443端口，客戶端對服務(wù)接口的調(diào)用需通過https的post方式進行數(shù)據(jù)交換，以保證傳輸數(shù)據(jù)安全，并減少服務(wù)端被網(wǎng)絡(luò)攻擊風險。

認證授權(quán)，系統(tǒng)限制用戶登錄時需協(xié)調(diào)用戶、密碼、客戶端MAC參數(shù)，登錄接口驗證用戶密碼通過后，對比服務(wù)端第一次登錄時存儲的mac地址，匹配則通過驗證，并返回用戶對各數(shù)據(jù)集合的訪問權(quán)限。如用戶多次登錄失敗，登錄賬號自動被鎖定。

日志，在系統(tǒng)設(shè)計中，日志模塊被附加在所有服務(wù)端接口，登錄驗證，數(shù)據(jù)增改刪查均被記錄至日志數(shù)據(jù)庫中。

4 結(jié)語

信息系統(tǒng)使用之初，常需要開發(fā)者和使用者的反復(fù)磨合，如字段調(diào)整、顯示等；系統(tǒng)使用中，使用者也會要求調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、類型。對于使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫信息的系統(tǒng)，這些修改通常需要付出時間和開發(fā)成本。本設(shè)計引入了mongoDB非關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)、文件的存儲核心。在系統(tǒng)實際應(yīng)用中，用戶可以實時在線調(diào)整數(shù)據(jù)配置，亦可以即時生效。其非結(jié)構(gòu)化、松散的特性，對于彈性數(shù)據(jù)架構(gòu)體系設(shè)計要求，表現(xiàn)出了非常良好的適應(yīng)性和可用性。