基于NHibernate的高校實驗室信息管理系統設計與實現

羅金光 張爾喜

摘 要 為了取代以往的實驗室人工管理的二級模式，通過相關參考文獻的閱讀和分析，結合實際實驗室的管理經驗，對基于NHibernate技術的高校實驗室信息管理系統的構建進行深入的分析和研究。通過采用NHibernate技術對高校的實驗室管理系統進行模塊化的設計，并對系統查詢的檢索策略以及二級數據緩存算法進行相關優化；最后對系統軟件的運行進行測試，結果表明系統的運行比較穩定，安全性較高，功能完善，并取得良好的教學效果。本文所研究的NHibernate可以在不同的數據庫平臺上進行構建，靈活性較高，并且具有一定的使用價值和推廣價值。

關鍵詞 NHibernate；實驗室管理；信息系統

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）10-0033-04

隨著我國高等院校實驗室建設最近幾年的快速發展，實驗室的功能也在逐漸增強，實驗室管理系統所包含的信息量呈現出逐年擴大的趨勢。隨著計算機網絡技術的不斷應用，實驗室檢測項目大量增加，許多高精尖的實驗設備開始出現在實驗室內，原來的人工管理模式開始變得不再適應現有的實驗室管理需求，所以通過使用計算機來進行實驗室數據的收集和處理分析的管理手段開始出現。所謂的實驗室信息管理系統主要是指通過利用計算機網絡技術以及數據庫技術，對實驗室進行各種信息化的管理，這種系統建設包括了實驗室硬件系統和軟件系統建設。目前許多高校的實驗室管理模式主要采用的是二級管理模式，這些實驗室的管理工作主要包括儀器設備管理、人員管理、耗材管理以及實驗室教學管理等內容。實驗室管理部門是高校的核心部門，實驗室信息化管理系統是整個高校信息系統的重要組成部分。

現在高校的工作重心就是教學與科研，實驗室在這兩者之中起到關鍵的紐帶作用。本文通過對相關參考文獻的調研，結合實際工作經驗，對基于NHibernate的高校實驗室信息管理系統的設計進行深入的研究，希望能夠對高校實驗室實現信息化管理提供有益的幫助。

1 國內關于高校實驗室信息管理系統的研究現狀

高校實驗室信息化管理系統設計已經引起國內外學者的廣泛研究。湖南大學的彭莉等人開發了基于MVC模式的高校實驗室管理系統，通過采用實驗室管理系統功能的模塊化設計，使得所設計的管理系統具有一定的開放性和拓展性，便于實驗室管理客戶端的維護。西安電子科技大學的廖恒誠等人指出在NET環境框架下采用B/S多層架構體，使用ASP語言所設計和開發的實驗室管理系統具有較強的穩定性，能夠滿足高校實驗室使用的需求。通過使用系統論的概念，將一個實驗室信息管理系統分解成若干個子系統，在設計過程中不斷協調若干子系統之間的從屬關系。該學者指出高校實驗室信息管理系統主要包括七個方面的內容：用戶登錄管理、實驗室管理、儀器設備管理、實驗室教學管理、實驗室數據管理、查詢統計、信息發布。

2 NHibernate 簡介

NHibernate是一個性能較高的O/R持久化查詢工具，主要特征表現在以下三個方面。

1）查詢對象的持續性。NHibernate支持復雜對象以及復合對象關聯的查詢，還提供了面向對象的信息查詢系統，可以根據輸入的條件來進行復合對象的數據查詢，提供了多種SQL自動開關策略。

2）NHibernate查詢系統與具體的使用平臺并沒有很大的關系，可以隨時切換數據庫平臺進行，方便查詢系統的移植。

3）NHibernate可以根據信息存儲的數據庫模式生成PO類查詢工具，文件的查詢屬性可以自動生成，并且可以永久性使用，并不會在數據的存儲和數據的類型配置方面花費較多的時間，數據信息查詢的效率大幅度提高。

NHibernate中的查詢過程都是按照對象進行查詢的，而且這種查詢方式為一般的條件查詢，但是使用起來相對比較簡單，從而滿足用戶的基本查詢需求。如果用戶的查詢條件比較復雜，則需要對NHibernate查詢語言進行相關的改進。為此，NHibernate查詢系統所使用的查詢語言為Hibernate Query Language（HQL），這種編程語言比較類似于SQL語言，兩種查詢語言的相關性比較如表1所示。

NHibernate查詢語言的構造過程比較復雜，對于其運行平臺的數據庫要求比較高，要求需要查詢的數據庫要具有良好的設計平臺和完善約束。如果要進行比較復雜的查詢，必須要進行SQL查詢語言的復雜化處理，需要借助其他查詢工具，另外還需要XML文件進行配置處理。

3 基于NHibernate語言的高校實驗室信息管理系統開發和實現

查詢系統的實現 本文所設計的高校實驗室管理系統的具體實現主要分為四個過程。

1）環境配置：開發語言為C++，Web端采用ASP.NET2.0語言，輔助開發工具則是采用Rational Software。對于Nhibernate而言，所采用的配置方式主要有XML文件格式以及Configuration類配置。

2）NHibernate持久層，對于持久化類的數據構建而言，需要在NHibernate語句中對其基本的類別屬性和所要進行的查詢業務種類進行定義。一般在實驗室信息管理系統中，各個數據信息之間并沒有明顯的繼承性關系，那么本文中主要采用類映射的方式，創建出相應的Schema數據庫。在EXPITEM自主式映射文件中，確定所需要查詢信息的ID屬性，通常都是為開放實驗類型。NHibernate對于映射文件的創立通常是采用XML格式的文件進行處理的，根據映射文件的具體內容從而生成動態的SQL查詢語言，實現數據的快速查詢。

3）對于數據訪問層的設計而言，更多地是采用了ObjectDAOImpl類數據進行設計的，在數據訪問層實現的過程中對EXPITEM中的有關數據進行刪除。

4）在系統查詢業務實現的步驟中，在業務規則進行確定驗證后，需要使用數據訪問層實現數據的更新和刪除；在數據控制器方面，NHibernate系統把來自頁面層的數據請求發給邏輯業務層，控制器的主要功能就是實現用戶的業務界面層和邏輯業務層之間的相互融合。

NHibernate實驗室信息管理查詢系統的優化

1）檢索算法的優化。由于NHibernate采用了O/RMapping技術來對用戶所需要的查詢對象進行強制化處理，從而造成數據信息查詢系統的數據冗余，這些存在的垃圾數據并不會參與當前數據的查詢和處理，并且在整個查詢的生命周期中，缺少冗余數據的回收機制。這樣會導致內存的使用浪費，尤其是對于那些比較長的字符段落的查詢。

如對于很多學生信息的列表查詢，很多沒有使用價值的字段將會造成嚴重的浪費，這樣會降低整個實驗室信息管理系統的使用效率。具體的優化方案就是設計一個數據庫表，表中所包含的信息主要字段為title、author、description、preview、preface等，其中有些字段的使用頻率可能比較大，然后按照傳統的O/Rmapping方式讀取1000條數據信息，采用NET.Framework的自動垃圾信息回收機制降低信息檢索的誤差，從而對兩種檢索方式進行對比分析。文獻[2-3]的研究結果顯示了經過優化后的算法能夠大量節省內存的使用，尤其是對于查詢量比較大的列表查詢，其查詢效率更能夠很好地體現出來。

2）NHibernate實驗室管理系統數據緩存技術的優化。NHibernate緩存結構主要采用的是Session緩存模式，在持久化類型數據的緩存庫中通常采用OID映射模式來進行數據的緩存，進而為整個數據緩存的生命周期進行良好的數據庫訪問服務策略設計。在數據庫系統正常應用的過程中，由于數據二級緩存的必要性，為了應對關聯度比較小的查詢語句的插入以及更新操作，有必要進行二級數據的緩存查詢。現有的NHibernate查詢系統為二級緩存查詢提供了兩個主要的緩存區域，一個緩存區域主要用來保存查詢的主要結果；另外一個緩存區主要為了存儲最近查詢一系列時間表格，這種查詢的主要方式是從緩存數據結果查詢中找到數據查詢的時間以及關鍵字符串，最后自動將查詢結果存儲到緩存區。

如果要在查詢過程中對QueryCache的有效性問題進行比較精確的控制，則必要條件之一就是NHibernate系統要對QueryCache緩存區進行不斷刷新，所以這種方法對那些需要修改底層數據的查詢過程或者是需要對查詢結果進行更新的情況特別有效果。在SQL語言運行結果來看，如果有兩個字符串的長度相同，但是reference不同，此數據類型在比較的過程中會消耗大量的時間，所以對于兩個長字符串的比較而言。為了提高比較的效率，首先可以使用static const string作為Querykey的SQL；其次如果這兩個長字符串的reference相同，則可以迅速比較兩個字符串的SQL，并判斷是否相同。另外還有一種比較常見的做法就是把SQLstring分解成許多個SQL常量分組，對SQL語言的數據類型進行泛化處理，不再限制數據比較的類型。大量的實驗結果研究表明，這種優化方法大大提高了SQL語言長字符串的比較效率。

4 基于NHibernate管理系統的功能分析模塊

本文所設計的實驗室管理系統主要可以分為七個模塊，分別為用戶登錄系統模塊、實驗室管理模塊、儀器設備管理模塊、實驗室教學管理模塊、實驗室數據管理模塊、查詢統計模塊、信息統計模塊。

首先，對于用戶登錄模塊而言，這個模塊所要實現的功能是對用戶權限的刪除與增加、用戶權限的分配，另外還包括了系統的登錄界面和相關查詢參數的系統化設置。在用戶登錄界面中，又可以分為教師、學生以及實驗室管理員三種登錄權限。對于學生而言，其登錄用戶名和密碼主要為學生的學號以及身份證的后六位，學生在第一次登錄之后只有修改密碼才能進行第二次的使用；對于教師而言，其登錄賬號為一卡通號碼，密碼為空；實驗室管理員分配著整個實驗室管理系統的權限，擁有系統的最大權限，使用比較特殊的用戶名與登錄密碼。

對于實驗室管理模塊而言，所要實現的功能是對實驗室的實驗員以及相關的實驗房間和設備進行信息化的登記和管理；實驗儀器設備管理模塊的功能主要為對實驗室內的所有實驗設備進行管理以及相關信息的查詢，這其中還主要包括所有實驗設備的使用情況以及報廢的實驗設備的記錄和預警裝置；在實驗室的教學管理模塊中，主要存儲著相關實驗教學的信息、相關實驗課程記錄以及實驗室的具體分配情況。實驗室管理員由于具有最高的管理權限，對學生、教師的信息進行整理以及垃圾信息的刪除，在此子系統之中可以實現對教師實驗預約以及實驗課程管理權限的分配，便于實現模塊化管理的模式以及構建實驗室管理模式的組織架構。

系統在具體運行的過程中，客戶終端通過網絡瀏覽器向服務器發出信息查詢的請求，在數據庫中進行處理后，將會把數據庫處理的結果發送到網絡服務器中，并且網絡服務器將通過數據線發送至客戶端。為了進一步加快整個實驗室管理系統的響應速度，確保信息數據的安全性，可以對數據庫進行備份處理和硬盤鏡像等措施。用戶組（學生、教師以及實驗室管理員）所需要等級的全部信息，每個組別的成員都有著自己所能更改信息的范圍及權限，都可以通過分類表的形式表現出來。可以通過修改組別屬性的不同，從而改變用戶的使用權限。

最后，對于信息發布的模塊而言，主要目的是為了方便高效的學生和教師能夠了解實驗的最新狀況以及與其他兄弟院校的實驗信息交流狀況。

5 本文設計實驗室管理系統的運行及測試結果

隨著NHibernate應用的廣泛開展，在本實驗所開發的基于NHibernate技術的高校實驗室信息管理系統進行相關測試的同時，測試的主要內容主要包括界面測試、實驗室有關系統功能測試以及測試結果的正確性分析。對于最后的可靠性測試而言，主要包括的內容有非法的字符串輸入性錯誤、軟件運行程序的負面效應檢查，以及相關垃圾文件和殘留文件的清理等方面。

下面主要探討系統的功能性測試以及系統運行的正確性測試兩個方面，主要目的是檢驗本文所設計的基于NHibernate技術的高校實驗室管理系統的具體效果，做好系統軟件的測試反饋意見，并對系統軟件進行動態的優化和監測。

系統的功能性測試

1）系統軟件的功能性測試內容主要包括：系統管理員是否都具有登錄密碼的保護，界面使用的內在關系是否正確，與軟件系統所對應的鍵盤使用效果是否順暢，在系統管理軟件中的功能鍵、快捷鍵、按鈕以及相關的菜單鍵的選擇是否正確合理，實驗室內部的業務邏輯是否符合要求，數據相關的關聯功能是否合理。

2）系統功能檢測結果：用戶登錄有密碼保護，界面的調用關系正確，系統軟件的功能安排比較合理，各個實驗業務之間的內在邏輯比較符合用戶的使用要求。

系統軟件運行的正確性測試 系統軟件的正確性測試內容主要包括系統的基本信息輸入，用戶管理權限的增加與刪除，學生的相關信息的錄入、增加以及刪除，學生實驗成績的相關信息統計和結果修改查詢，包括教師的相關授課信息是否全面和正確。在整個系統中，所有的授課信息系統主題要包括：授課信息的增加以及刪除，實驗課程的開展地點及時間的模塊輸入，所開設實驗課程的信息輸入以及相關實驗課程的選課信息的查詢，所有登錄用戶的密碼選擇是否正確。以上實驗檢測內容的結果都是運行正確的，可以放心使用。

6 小結

隨著高校實驗室信息管理的不斷智能化，為了取代以往的人工管理模式，本文通過相關參考文獻的閱讀和分析，結合實際實驗室的管理經驗，對基于NHibernate技術的高校實驗室信息管理系統的構建進行了深入的研究。在對國內關于高校實驗室信息管理系統的研究現狀以及NHibernate技術分析的基礎上，本文對基于NHibernate技術的實驗室管理系統進行開發和設計，并從信息檢索算法以及數據緩存技術的角度，對所設計的系統進行相關優化；其次，對該實驗管理系統所包含的功能模塊進行深入的探討；最后，本文對所設計的實驗室管理系統進行運行測試，結果表明，該實驗室管理系統運行良好，可以滿足具體的使用要求。

參考文獻

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