基于Java 語言的基礎(chǔ)編程平臺設(shè)計(jì)探析

李雪連

（河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，河北 滄州 061000）

提供一個功能強(qiáng)大的基礎(chǔ)編程平臺對于學(xué)生信息素養(yǎng)養(yǎng)成的意義重大，而從技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，java語言充分吸收了C++語言的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，具有功能強(qiáng)大、操作簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，支持學(xué)生以更便捷的方式完成復(fù)雜編程，具有技術(shù)先進(jìn)性。因此，在基礎(chǔ)編程平臺設(shè)計(jì)中，應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮java 語言的技術(shù)優(yōu)勢，這也是本文研究的主要目的。

1 基礎(chǔ)編程平臺的需求分析與功能設(shè)計(jì)

1.1 總體分析與設(shè)計(jì)

本次研究的目的是利用java 語言技術(shù)，在編程教學(xué)與測試的基礎(chǔ)上構(gòu)建基礎(chǔ)編程平臺，用以滿足不同條件下的編程管理與遠(yuǎn)程監(jiān)控等。該編程平臺的核心功能解釋如表1 所示。

表1 基礎(chǔ)編程平臺的功能解釋

1.2 在線代碼編輯器的設(shè)計(jì)

在線代碼編輯器是政工基礎(chǔ)編程平臺的核心功能模塊，該模塊可根據(jù)用戶不同職能設(shè)定提供權(quán)限。其中當(dāng)用戶的權(quán)限為“教師”時(shí)，編輯器可提供關(guān)于教師編程的所有權(quán)限，包括實(shí)驗(yàn)錄入信息、在線編輯等。例如教師可以在編程平臺上添加已經(jīng)編寫結(jié)束的代碼文件，或者對已經(jīng)上傳的文件做修改等；也可以選擇添加不同的代碼文件，將片段分文件夾存儲等[1]。而當(dāng)用戶的權(quán)限為“學(xué)生”時(shí)，編輯器可以提供與權(quán)限匹配的功能，如圖實(shí)驗(yàn)代碼編輯等、恢復(fù)初始代碼等。同時(shí)本次研究中為解決常規(guī)OJ 系統(tǒng)中難以充分采集學(xué)生編程過程數(shù)據(jù)的問題，選擇將在線代碼器作為用戶輸入編碼的重要功能入口，通過在入口上采集用戶的行為信息，可以抓取用戶編程時(shí)的關(guān)鍵行為數(shù)據(jù)，如編程期間有無錯誤操作或者堆棧信息等，在每次編程操作結(jié)束后都可提供錯誤信息統(tǒng)計(jì)情況。本次最終設(shè)計(jì)的在線代碼編輯器結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 在線代碼編輯器的結(jié)構(gòu)圖

1.3 管理（教師）端平臺設(shè)計(jì)方案

在基礎(chǔ)編程平臺管理端設(shè)計(jì)中可以提供管理操作與平臺設(shè)置等功能，主要內(nèi)容包括：

（1）課程列表管理模塊中可以展示基礎(chǔ)編程設(shè)計(jì)中所涉及的課程首頁，教師或者管理員可以查閱編程操作數(shù)據(jù)，也可以選擇添加新的課程以及編程任務(wù)。（2）在實(shí)驗(yàn)庫管理模塊設(shè)計(jì)中，教師或管理員可以查看自己創(chuàng)建的在線編程任務(wù)以及其他成員創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫信息資料，形成實(shí)驗(yàn)庫詳情頁并對實(shí)驗(yàn)庫的實(shí)驗(yàn)做遠(yuǎn)程編輯。（3）登錄鑒權(quán)模塊設(shè)計(jì)中可使用微信賬號或者其他賬號做二維碼掃描，登錄成功后即可直接跳轉(zhuǎn)至課程首頁，并在網(wǎng)絡(luò)請求上添加唯一的token 標(biāo)識[2]。

1.4 用戶（學(xué)生）端設(shè)計(jì)方案

用戶端設(shè)計(jì)中，考慮到基礎(chǔ)編程平臺的用戶多為學(xué)生，因此功能設(shè)計(jì)中可以根據(jù)學(xué)生的操作需求進(jìn)行設(shè)定。例如在點(diǎn)選“實(shí)驗(yàn)”選項(xiàng)后，系統(tǒng)可自動跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)的在線編程頁面，該頁面可以為學(xué)生等用戶提供實(shí)驗(yàn)編輯操作區(qū)域。整個用戶端操作區(qū)域頁面分為左右兩個分區(qū)，其中右側(cè)區(qū)域?yàn)樵诰€編程區(qū)域，可以提供在線編程的各項(xiàng)基礎(chǔ)操作；而左側(cè)則可以提供實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或者參考答案等。用戶也可以選擇在編輯區(qū)內(nèi)恢復(fù)初始代碼、設(shè)置編輯區(qū)字體等。

2 基于java 語言的基礎(chǔ)編程平臺實(shí)現(xiàn)

2.1 平臺基礎(chǔ)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

本次基于java 語言的基礎(chǔ)編程平臺主要是面向Web 瀏覽器使用的，其中瀏覽器端可以提供用戶交互操作、數(shù)據(jù)展示等功能；而在服務(wù)器端，則可以提供接口調(diào)用、數(shù)據(jù)存儲處理等功能。其核心代碼編輯器為核心可面向不同用戶提供操作平臺，該系統(tǒng)運(yùn)用java語言前端開發(fā)技術(shù)，其組件化框架模式為React，該結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢是可為教師、學(xué)生等用戶提供復(fù)用組件，保證業(yè)務(wù)邏輯得以實(shí)現(xiàn)。平臺利用NginX 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)靜態(tài)資源分發(fā)，該服務(wù)器也可通過自身業(yè)務(wù)邏輯方案提供關(guān)于數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)、登錄鑒權(quán)等設(shè)定[3]。同時(shí)上述結(jié)構(gòu)支持中間件功能拓展要求，上述方法可增強(qiáng)基礎(chǔ)編程平臺的業(yè)務(wù)邏輯拓展范圍。

最后，本次基礎(chǔ)編程平臺設(shè)計(jì)中選用了具有穩(wěn)定功能的MySQL 數(shù)據(jù)庫，大型文件采用了阿里云的OSS對象存儲服務(wù)模式。并且為提升平臺穩(wěn)定性，在本次設(shè)計(jì)中通過Docker 技術(shù)創(chuàng)建了在線編譯運(yùn)行環(huán)節(jié)，其目的是順利分割不同用戶提交的代碼數(shù)據(jù)，并將用戶運(yùn)行代碼進(jìn)行反饋后，方便及時(shí)調(diào)整。

2.2 編碼器的封裝與初始化

由于Code 編輯器本身不支持React 常用組件化引入的方式，而需要引入腳本的方法解決問題，同時(shí)考慮到Code 編輯器的使用量大，若單純采用全局引入腳本的方法會顯著增加代碼維護(hù)難度，造成不必要的程序錯誤。為解決上述問題，在本次編程平臺設(shè)計(jì)中決定采用編輯器封裝方法實(shí)現(xiàn)編輯器初始化。

首先應(yīng)創(chuàng)建React 組件，在編輯器區(qū)域內(nèi)返回一個“textarea”區(qū)域，將組件中的“rf”屬性可將DOM元素掛載到“textarea”區(qū)域上即可。在生成Code 實(shí)例后采用事件處理映射方法將事件處理函數(shù)直接映射到實(shí)例上。最后按照外部傳入編輯器的內(nèi)容、高度等設(shè)置編輯器代碼以及初始化內(nèi)容，上述過程即可實(shí)現(xiàn)Code 編碼器的組件化封裝[4]。

最后在引入組件時(shí)應(yīng)先確定組件所需要的屬性選項(xiàng)而不需要專門設(shè)置COM 操作內(nèi)容。并且參照React更新機(jī)制，在頁面加載中應(yīng)先形成Code 實(shí)例，再根據(jù)上級組件傳入屬性調(diào)整編輯器內(nèi)容，其目的是減少因?yàn)榉磸?fù)創(chuàng)建過程而引發(fā)的消耗。

3 系統(tǒng)測試

3.1 系統(tǒng)測試方案與環(huán)境

在系統(tǒng)平臺實(shí)現(xiàn)后，應(yīng)在規(guī)定條件下評估編程平臺內(nèi)容，判斷其功能是否滿足設(shè)計(jì)需求，最終平穩(wěn)地投入使用。所以可先將系統(tǒng)代碼部署在阿里云端服務(wù)器上，通過不同配置方案以及軟硬件支持方法，可將系統(tǒng)域名映射至可訪問的IP 上，啟動服務(wù)器后使系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對外使用[5]。本次實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)測試環(huán)境如表2 所示。

表2 系統(tǒng)測試環(huán)境

3.2 功能測試與測試結(jié)果

3.2.1 在線代碼編輯器功能測試

本次項(xiàng)目中測試的內(nèi)容較多，主要測試內(nèi)容包括：

（1）檢測編輯器初始化情況，現(xiàn)場測試內(nèi)容是判斷編程平臺是否可以實(shí)現(xiàn)編輯器參數(shù)設(shè)置初始化，或者平臺是否可以限制編輯器的主題。測試結(jié)果顯示為通過。（2）檢查代碼文件加載情況，測試中檢查系統(tǒng)是否可實(shí)現(xiàn)代碼文件的正常鏈接以及下載代碼文件、在編輯器上顯示代碼文件情況等。測試結(jié)果顯示為通過。（3）實(shí)驗(yàn)文件與主文件檢測情況評估中，測試內(nèi)容是評估編程平臺是否可以指定實(shí)驗(yàn)文件，即是否可以用于本次實(shí)驗(yàn)的文件；同時(shí)測試中通過指定一個實(shí)驗(yàn)主文件后，評估該文件是否可以用于運(yùn)行與編譯等。現(xiàn)場測試結(jié)果顯示為通過。（4）檢查代碼高亮情況，包括對應(yīng)文件類型中正確高亮代碼的變量名詞、函數(shù)以及關(guān)鍵詞等，測試結(jié)果顯示為通過。（5）不可編輯區(qū)域設(shè)置，通過在管理（教師）端做設(shè)置鎖定指令后，學(xué)生端無法對編程平臺做編輯，測試結(jié)果顯示為通過。

3.2.2 管理（教師）端功能測試

本環(huán)節(jié)測試的內(nèi)容包括用戶操作交互以及頁面展示情況，主要測試內(nèi)容包括：

（1）創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)庫。測試項(xiàng)目為該平臺是否可以順利創(chuàng)建新的實(shí)驗(yàn)庫，其測試結(jié)果顯示為通過。（2）實(shí)驗(yàn)庫列表頁顯示情況檢測中，判斷是否可以正常顯示實(shí)驗(yàn)庫列表情況，測試結(jié)果顯示為通過。（3）編輯課程信息檢測中，評估編程平臺是否支持課程名稱、封面、課堂教學(xué)資料編輯等工作，測試結(jié)果顯示為通過。（4）鎖定課程檢測中，判斷教師在將課程鎖定之后，學(xué)生報(bào)名時(shí)顯示為鎖定狀態(tài)并無法加入，測試結(jié)果顯示為通過。

3.2.3 用戶（學(xué)生）端功能測試

本環(huán)節(jié)測試的內(nèi)容包括用戶交互、頁面顯示等，具體如下：

（1）檢查平臺是否可以顯示用戶的個人信息情況，即系統(tǒng)可正常顯示學(xué)生個人資料，測試結(jié)果顯示通過。（2）實(shí)驗(yàn)篩選測試中，測試內(nèi)容要評估學(xué)生點(diǎn)擊不同課程名稱后，可按照名稱篩選課程；也可以在輸入框中搜索關(guān)鍵詞，按照關(guān)鍵詞篩選顯示課程。上述內(nèi)容的測試結(jié)果顯示為通過。（3）在線運(yùn)行與提交測試中，測試內(nèi)容主要是檢查編輯代碼在線運(yùn)行和提交正常，測試結(jié)果顯示為通過。

3.2.4 服務(wù)器請求響應(yīng)測試

本次實(shí)驗(yàn)中連續(xù)對基礎(chǔ)編程平臺做連續(xù)3000 次的請求，整個系統(tǒng)的請求處理時(shí)長約為2.873～4.012，請求成功率為98.07%（2942/3000），整體性能良好。

4 結(jié)語

本文基于java 語言開發(fā)的基礎(chǔ)編程平臺在技術(shù)上具有可行性，根據(jù)本文的測試結(jié)果顯示該系統(tǒng)的功能強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定性良好，不同方向的結(jié)果顯示該系統(tǒng)通過率高，具有技術(shù)先進(jìn)性，值得做進(jìn)一步推廣。