次級排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉玥 高銘 文超 丁鑫

關(guān)鍵詞：次級排課系統(tǒng)；權(quán)限驗(yàn)證；數(shù)據(jù)同步

1后端資源的權(quán)限管理

后端的接口實(shí)際上是一種資源，為了方便后端資源的開發(fā)與維護(hù)，本系統(tǒng)將后端資源劃分為以下兩種。

（1）用戶使用的資源（下稱用戶接口）。

（2）所有人都能使用的資源（下稱通用接口）。

不同資源的受眾、用途以及重要程度不盡相同，導(dǎo)致它們的開放性也有所差別。其中，還對用戶接口的訪問采取了權(quán)限控制，即不同角色的用戶可以訪問的接口是不一樣的。

1.1資源的開放性

用戶接口暴露的數(shù)據(jù)涉及每個用戶的私人信息，因此需要較為嚴(yán)格的鑒權(quán)機(jī)制來管控；相比之下，通用接口通常標(biāo)識著一些不重要的資源，如系統(tǒng)中的一些常量，因此不需要任何權(quán)限控制，來者不拒。

1.2接口的認(rèn)證機(jī)制

1.2.1令牌

用戶接口的訪問需要受到管制，所以必須有一套機(jī)制來實(shí)現(xiàn)這個目的。本系統(tǒng)采用token鑒權(quán)機(jī)制。

在本系統(tǒng)中，用戶接口的token稱為login-token，它們都是接口受眾的臨時憑證。無論是login-token還是app-access-token，其中只攜帶相關(guān)實(shí)體的id，login-token中攜帶的是系統(tǒng)用戶的id，app-access-token中則攜帶了第三方程序的id。

1.2.2令牌的頒發(fā)

login-token的頒發(fā)由接口/auth _user接口頒發(fā)。前端訪問該接口時，需要攜帶用戶名和密碼，/auth—user接口認(rèn)證用戶名密碼無誤后，下發(fā)用戶令牌。前端妥善保存令牌，在訪問用戶接口時，將該令牌置于header login-token中，以表明用戶身份。

1.2.3令牌失效

上文提及的兩種令牌都有一定的時效，調(diào)用者在必要時可以通過令牌時效查詢接口、令牌是否有效，若令牌失效，則需要重新向相應(yīng)的令牌頒發(fā)接口申請新的令牌。login-token的時效查詢接口是/token—expire，app-access-token的時效查詢接口是/app—access_token/token-expire.

1.3用戶接口

與用戶交互的前端需要通過用戶接口來獲取數(shù)據(jù)并展示給用戶。用戶接口的訪問者必須在HTTP請求中攜帶用戶的token，以證明自己是系統(tǒng)中的合法用戶。

1.4用戶Token認(rèn)證機(jī)制

1.4.1頒發(fā)login-token

前端調(diào)用接口/auth—user，并攜帶用戶的用戶名和密碼，如果經(jīng)查詢，數(shù)據(jù)庫中有相應(yīng)的用戶記錄，則生成token并通過響應(yīng)返回前端。前端保存該token，可以用來訪問其他用戶接口。

1.4.2token方案

只要在頒發(fā)token時將頒發(fā)時間點(diǎn)和token時效一并設(shè)置到token中[1]．就相當(dāng)于將token時效信息內(nèi)嵌到了token自身。這不但合理利用了token攜帶信息的特性，也省去了額外的計(jì)時措施，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

1.5靈活配置接口的開放性

接口有兩種開放性，本系統(tǒng)中使用的是“攔截器+注解”。規(guī)定注解：@ AuthLogin標(biāo)識用戶接口，其他沒有標(biāo)注的都是通用接口。定義一個攔截器：Authenticationlnterceptor處理用戶認(rèn)證的邏輯，判斷目標(biāo)接口是否標(biāo)注@ AuthLogin注解，若標(biāo)注了，則攔截并認(rèn)證。由此，變更某個接口的開放性，添加或取消該接口的注解即可。

2用戶接口的權(quán)限鑒別

本系統(tǒng)采用“攔截器+注解”的方式，可以靈活配置接口的權(quán)限。設(shè)置注解：@ Permlssion。設(shè)置攔截器：AuthorizationlnterceptorAuthorizationlnterceptor只攔截被注解@ Permission標(biāo)注了的接口。

在攔截器中，獲取來訪者的角色，根據(jù)角色查詢到來訪者能訪問的所有資源，再對比當(dāng)前接口是否在可訪問資源列表中，如果在，則放行，否則不能訪問。

3數(shù)據(jù)同步

3.1概述

本系統(tǒng)通過后端代碼調(diào)用學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)的接口，拉取教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，再結(jié)合前端的可交互式界面，達(dá)到真正意義上的一鍵導(dǎo)人數(shù)據(jù)。雖然一鍵導(dǎo)人數(shù)據(jù)方便、快捷，節(jié)省人力及時間，但是通過這種方法導(dǎo)人數(shù)據(jù)的方式通常需要兩個系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)源系統(tǒng)（教務(wù)系統(tǒng)）和消費(fèi)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)（本排課系統(tǒng)）。這種定制化的工作并不需要重復(fù)進(jìn)行，除非兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，否則接口不會發(fā)生較大變化，因此，對接口的適配能達(dá)到接近“一勞永逸”的效果。

3.2同步機(jī)制

3.2.1數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)同步的語境中，數(shù)據(jù)消費(fèi)方的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)總是依賴數(shù)據(jù)生產(chǎn)方[2]。根據(jù)生產(chǎn)方的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在本系統(tǒng)中構(gòu)建兩個對應(yīng)的數(shù)據(jù)接收實(shí)體類和兩個數(shù)據(jù)存儲實(shí)體類（數(shù)據(jù)庫對象PO）。數(shù)據(jù)接收實(shí)體類字段與數(shù)據(jù)生產(chǎn)方的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全一致，而數(shù)據(jù)存儲實(shí)體類則是根據(jù)本系統(tǒng)的情況定制的實(shí)體類。為了讓消費(fèi)方的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，需要加一層數(shù)據(jù)接收實(shí)體類作為緩沖，這部分實(shí)體類只作為數(shù)據(jù)生產(chǎn)方的映射實(shí)體，每當(dāng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)方的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變，對數(shù)據(jù)接收實(shí)體的修改是不會對本系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)鍵性改動的。雖然增加了一層，但本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲實(shí)體還是需要改變，即使如此，大部分的改變已經(jīng)被數(shù)據(jù)接收實(shí)體類層吸收了，存儲結(jié)構(gòu)做微調(diào)即可。

3.2.2一次拉取的數(shù)據(jù)量

由于拉取到的數(shù)據(jù)在持久化之前都需要在內(nèi)存中駐留一段時間，因此需要考慮數(shù)據(jù)量是否會超出進(jìn)程的內(nèi)存空間大小。排課系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)量較大，一次拉取所有數(shù)據(jù)的方案是不可行的[3]。所以，可以采取不同數(shù)據(jù)依次分開同步的方式拉取數(shù)據(jù)。在同步一種數(shù)據(jù)時，可以先拉取數(shù)據(jù)的主鍵，再根據(jù)主鍵逐條拉取詳細(xì)數(shù)據(jù)[4]。經(jīng)測試，當(dāng)JVM的最大堆內(nèi)存設(shè)置為128MB時，最大可以開辟10000000個整形變量，以一次性拉取所有學(xué)生的主鍵為例，內(nèi)存完全能夠承受。

3.2.3數(shù)據(jù)更新策略

要完成數(shù)據(jù)消費(fèi)方的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)生產(chǎn)方的數(shù)據(jù)同步，需要實(shí)現(xiàn)以下兩點(diǎn)[5]：尋找生產(chǎn)方和消費(fèi)方數(shù)據(jù)的差集并消除雙方的差異：比對更新生產(chǎn)方和消費(fèi)方都有的數(shù)據(jù)。項(xiàng)目組給消費(fèi)方的數(shù)據(jù)庫待同步數(shù)據(jù)增加一個字段latest_sync，標(biāo)識該數(shù)據(jù)是否是最新的。每次同步數(shù)據(jù)前，將表中的latest_sync字段置為0，表示數(shù)據(jù)都沒更新，然后拉取并遍歷生產(chǎn)方的數(shù)據(jù)，逐個查找消費(fèi)方的數(shù)據(jù)庫，是否存在數(shù)據(jù)，若不存在，則說明該數(shù)據(jù)需要在消費(fèi)方新增，并置lastest_sync字段為1，若存在，則比對更新，也置lastest_sync字段為1，如此遍歷完成后，所有l(wèi)astest_sync字段為0的數(shù)據(jù)就都是生產(chǎn)方?jīng)]有但消費(fèi)方有的數(shù)據(jù)，需要刪除。

4排課

4.1概述

排課問題主要有以下幾類實(shí)體：教師、上課教室、上課班級、授課課程。排課問題主要是要解決上述實(shí)體之間對資源利用的沖突。該問題的最終產(chǎn)出是教學(xué)課表，課表中的每一項(xiàng)大致可以分為某個時間段、某個教師、某個教室、某個班級、教授某門課程。

4.2排課約束條件

排課的約束條件主要來源于時間和空間上的限制。例如，同一個教室在同一個時間片只能有一場授課活動、同一個教師在同一個時間片只能在一個教室教同一個班級的課，同樣的，同一個班級在同一個時間片也只能在同一個教室上同一門課。排課系統(tǒng)的主要約束條件有以下幾個因素：日寸間片、教室、教師、課程和班級。為了使排課能夠順利進(jìn)行，排課的所有因素必須滿足上述時空約束條件。

4.3排課的輸入

排課最核心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是學(xué)期計(jì)劃表，每一個學(xué)期計(jì)劃表的每一行構(gòu)成了排課流程的主要輸入。計(jì)劃表規(guī)定了授課教師、授課班級、教授課程，計(jì)劃表的每一行包括該節(jié)課的課時數(shù)、上課人數(shù)、上課班級等。

4.4排課關(guān)鍵流程

本系統(tǒng)的排課算法采用遍歷算法。排課的核心任務(wù)就是，針對每個學(xué)期計(jì)劃表行，將人（教師、班級）安排到計(jì)劃表指定教室的某個時間片中，因此，排課過程實(shí)際要確定的是一個學(xué)期計(jì)劃表行的上課時間和上課地點(diǎn)，對于教師和班級條件都是在學(xué)期計(jì)劃表中規(guī)定好的。本系統(tǒng)以時間片作為遍歷的頂層因素，遍歷一個學(xué)期內(nèi)所有可以排課的時間片，以時間片為條件，查詢已經(jīng)排好的課表數(shù)據(jù)，若沒有結(jié)果，則該時間片沒有被占用，可以繼續(xù)嵌套遍歷所有教室。以教室主鍵為查詢條件，查詢已經(jīng)排好的課表數(shù)據(jù)，若沒有結(jié)果，則該教室在當(dāng)前日寸間片沒有其他課程安排，該教室條件滿足，在遍歷教室的循環(huán)中依次檢查授課教師和授課班級在當(dāng)前時間片、當(dāng)前教室是否有其他課程安排。若上述教室、教師、班級都符合條件、不沖突，則完成了對一個學(xué)期計(jì)劃表行的排課，可以生成一條排課數(shù)據(jù)并將其持久化。上述循環(huán)結(jié)束后，所有計(jì)劃表都被安排完畢，算法結(jié)束。