云環境下基于jQuery與JSON數據傳遞方法設計

鄧蓉，陸濤，胡建華

（1．中國藥科大學理學院，南京211198；2．中國藥科大學天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室，南京211198）

云環境下基于jQuery與JSON數據傳遞方法設計

鄧蓉1，陸濤2，胡建華1

（1．中國藥科大學理學院，南京211198；2．中國藥科大學天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室，南京211198）

0　引言

隨著云計算的SaaS（Software as a Service，軟件即服務）概念［1］的推廣，越來越多的企業開始把各種應用軟件的開發、發布和推廣轉向云計算平臺下進行［2-4］。在SaaS模式下可以節省用戶一次購買軟件的投資，減少用戶安裝、升級軟件的復雜性，大大減少軟件開發企業的軟件產品發布、維護成本。在這種模式下客戶端與云平臺端之間的數據傳遞和數據解析，減少由于數據傳遞帶來的時間損失，提高用戶感受是基于SaaS模式計算軟件能否被用戶接受的一個關鍵問題［5-6］。目前流行的網絡環境下系統內部或系統之間數據傳輸標準格式是XML，陳瑋等指出JSON格式可以降低XML冗余問題［7］。孫光明等給出了基于JSON的AJAX數據通信的快速算法，可以用JSON代替XML，解決傳統AJAX采用XML而產生的傳輸效率問題［8］。李張永等采用JQuery和JSON設計了一種跨平臺的移動Web開發框架與數據交互方法［9］。

通過對他們成果的研究和分析，設計了一種面向科學計算問題的云客戶端與云端之間的數據傳輸與解析的方法，以提高數據的傳輸效率，滿足云客戶端用戶感受。該方法利用Web Service技術的跨平臺性，以jQuery AJAX為網頁客戶端設計技術，與Web Service創建一個數據交互通道。并用JSON數據格式作為載體，完成計算數據到云端，云端計算結果數據返回云Web客戶端的數據傳遞任務。

1　相關技術介紹

在一些基于計算問題的軟件中，傳統的方法是計算工作在單機上進行，數據的輸入、存儲、計算都在本機上。可以把這類面向計算問題軟件服務采用云計算SaaS模式實現。

SaaS模式把軟件計算的核心功能以Web服務方式發布在云環境中，構建計算服務器集群。云平臺管理器可以根據用戶數和計算負荷，及時增減集群中計算服務器數量。用戶以租戶的方式通過云平臺門戶網站進行注冊、登錄和定制計算服務資源項目，用戶通過Web頁面上提交計算數據，由云平臺負責調度，選擇一臺或多臺計算服務器中的計算服務程序完成計算任務，反饋給用戶。面向計算問題的云計算架構如圖1所示。

AJAX（Asynchronous JavaScript And XML），即異步JavaScript和XML技術，是一種創建交互式網頁應用的網頁開發技術［10］。AJAX具有異步通信模式、傳送數據量少、輕量的服務器負載、用戶體驗的連貫性、頁面無刷新效果等優點。jQuery是一種輕量級的JavaScript庫，兼容多種主流瀏覽器［11］。jQuery的代碼更加簡潔、快速且靈活，jQuery為AJAX請求提供了良好的支持，使AJAX應用開發過程簡單化。

jQuery AJAX的特點符合云客戶端Web頁面開發的需要，在云客戶端能方便收集用戶數據并采用異步的方式向云端處理單元傳送數據，并接受返回數據。

JSON（JavaScript Object Notation，JavaScript對象表示法），是JavaScript規范的子集。與XML相比，JSON數據表達更簡潔，數據量更小，獨立于任何語言和平臺，是一種輕量級數據傳輸格式［12］。

JSON有對象和數組兩種形式，對象是屬性、值對的集合，一個對象開始于“｛”，結束于“｝”。每個屬性后跟一個“：”，每個屬性、值對之間用“，”分隔，圖2是JSON對象的格式。

圖2　JSON對象格式

圖3　JSON數組格式

數組是有順序的值的集合，一個數組開始于“［”，結束于“］”，值之間用“，”分隔，圖3是JSON創建數組的格式：

JSON數組表示法效率高，數據量小，很適合在處理數據量大的面向計算任務的云計算環境下使用。

Web Service是一種通過Web部署提供對業務功能訪問的技術，它具有跨平臺、簡單和高度集成性等特點，實現不同應用程序之間的互操作性［13］。在SaaS云計算模式下，Web Service可以完成數據的接收與解析，計算程序的封裝與調用。

2　方法設計

網絡頁面數據向云平臺傳遞的基本過程如圖4所示：首先整合云Web客戶端用戶提交的計算數據，并將其轉化成JSON格式的數據，再通過AJAX引擎將數據提交給服務器，服務器端采用Web Service接收并處理這些數據，然后進行服務引用，從而將數據傳遞給云平臺進行存儲和計算處理，若是有要返回的數據，則同樣經過兩層Web Service，由服務器端的Web Service將返回的數據轉換成JSON格式回傳給云Web客戶端。

圖4　數據傳遞的基本過程

一個計算問題，初始數據往往需要由用戶輸入。輸入的數據一般包括基本數據，計算參數，數據單位等等。在用戶云Web客戶端中，用戶的提交處理計算的數據采用數據表格方式輸入，表格形式根據計算數據格式進行設計。提交數據時，用jQuery將網頁上的對計算有意義的數據以JSON數據格式進行組裝。將針對不同數據部分，數據拼寫成｛“key”:“value”｝嵌套形式的JSON對象或｛［“data”:｛“key”:“value”｝］｝形式的JSON數組，例如：

上面格式的JSON數據描述的是與計算任務相關的三個部分數據，userID是用戶編號，calcData部分是初始輸入數據，doseUnit描述的是其他參數和計算單位。

Web Service是云Web客戶端與云平臺端能夠完成數據交互的橋梁，是實現跨平臺操作的一個重要的組件。由云Web客戶端提交的數據是JSON格式的數據，首先經過服務器端的Web Service處理，將接收到的JSON數據流反序列化成實際計算程序需要的對象，然后提取對象的信息，針對不同的計算請求，引用不同的云計算Web服務。對于有要求返回圖像結果、運算評價的請求也可以由服務器端的Web Service調用云端相應的Web服務完成。對于云端返回給服務器端Web Service的數據要進行JSON流的序列化處理才能被jQuery AJAX所接收，最終在用戶的云Web客戶端中顯示。

3　實例應用

目前關于藥代動力學計算軟件基本采用單機運行模式，如WinNonlin、3P97、DAS等。為了驗證本文設計的可行性和實際效果。本文以藥學研究中藥物代謝動力學模型的二房室靜脈注射模型計算為例進行了實際應用驗證。

二房室靜脈注射模型分析是在已知定量注射的藥物含量和各時間點血藥濃度數據的情況下求解表觀分布容積（V）、分布半衰期t（1/2）α、消除半衰期t（1/2）β、清除率（CL）、藥物濃度-時間曲線下面積（AUC）等藥物動力學參數的過程。二房室中藥物變化的動力學模型如下：

轉為血藥濃度的方程解為：

以規劃求解法進行最小二乘法回歸，可以得出A、α、B、β，再根據這些參數求得模型中的其他參數，進而求解藥物動力學參數［14］。計算程序以Web服務應用程序的形式在云平臺端部署和調用。

用戶在選擇二房室靜脈注射模型計算的服務頁面后，在云Web客戶端顯示的如圖5所示的數據輸入界面。用戶在輸入數據的表格中按對應列標題分別輸入時間點和血藥濃度數據，在右側劑量及數據單位部分輸入單次注射劑量數據和相關參數，點擊“計算”按鈕后，由通過jQuery編寫的程序對輸入界面的數據進行計算數據整合，包裝為JSON格式數據。然后再用jQuery AJAX向服務器端Web Service提交計算請求。服務器端接收到數據后，以調用云平臺端Web服務的方式將已經處理的數據傳遞給云服務器，云服務器將參數估計、計算結果、擬合圖形、結果評價數據同樣以JSON格式返回到用戶的頁面中，然后客戶端頁面中對反饋的計算結果數據進行解析和顯示。

圖5　二房室靜脈注射模型數據輸入界面

整個數據傳遞實現過程如圖6所示。

圖6　數據傳遞實現過程

從云端返回的計算結果如圖7所示。采用的文獻［14］所給算法。計算結果分析參數顯示，算法的模型參數擬合很好，返回的相關結果數據可以滿足藥代動力學研究的需要。

圖7　二房室靜脈注射模型計算結果和圖形輸出

4　結語

本文設計了一種云Web客戶端與云端之間的數據傳遞方法。在云客戶端Web頁面上，利用jQuery技術，分離了網頁的結構定義與行為事件，把用戶輸入數據封裝為JSON數據格式。并采用無刷新的AJAX技術異步提交和接收數據，保證了網絡之間通信效率和客戶端用戶的良好體驗。在云服務器端，利用Web Service作為客戶端與云端之間的數據接口，把從客戶端用戶提交的數據提交給云平臺中計算服務資源處理使用。通過藥物代謝動力學數據分析云平臺的實際應用，結果顯示能很好解決云Web客戶端和云端之間的數據傳遞問題，給這類基于SaaS模式的云計算應用提供了一個可行的參考。

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［2］曹帥，王淑營，劉述雅.面向產業鏈協同SaaS平臺的業務流程定制技術［J］.計算機應用，2013，05:1450-1455.

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［7］陳瑋，賈宗璞.利用JSON降低XML數據冗余的研究［J］.計算機應用與軟件，2012，09:188-190+206.

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［9］李張永，陳和平，顧進廣.跨平臺移動Web開發框架與數據交互方法［J］.計算機工程與設計，2014，05:1827-1832.

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［14］王廣基.藥物代謝動力學［M］.化學工業出版社，2005，4.

Cloud Computing；jQuery AJAX；JSON；Web Service

A Data Transmission Method Based on jQuery and JSON in the Cloud Environment

DENG Rong1，LU Tao2，HU Jian-hua1
（1.School of Sciences，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198；2.State Key Laboratory of Natural Medicines，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198）

教育部直屬高校特色項目（No.2600005）、國家自然科學基金青年基金項目（No.61501522））

1007-1423（2015）36-0080-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.36.018

鄧蓉（1990-），女，甘肅蘭州人，碩士研究生，研究方向為藥學信息學

陸濤（1963-），男，江蘇宿遷人，教授，博士生導師，博士，研究方向為藥物化學及藥學信息學

胡建華（1969-），男，安徽和縣人，副教授，博士，研究方向為藥學信息學

2015-11-26

2015-12-10

為了解決在云計算環境下，云客戶端和云平臺端的數據傳遞問題，提出利用jQuery把云客戶端網頁中輸入的計算數據和相關計算參數封裝為JSON格式的數據包，通過jQuery AJAX提交給Web Service程序。再由Web Service轉交給云平臺進行處理，從而實現基于jQuery與JSON的科學計算數據的傳遞。通過在云環境下藥代動力學的二房室靜脈注射模型的計算實例驗證該方法的可行性。

云計算；jQuery AJAX；JSON；Web服務

In the cloud computing environment，to solve the problem of data transmission between cloud client and cloud platform，proposes a data transmission method.Based on jQuery technology，computational data and related calculation parameters from web pages are packaged as JSON format.Then the data packet is submitted to Web Service using jQuery AJAX and then transferred to the cloud platform for processing by Web Service.Demonstrates the Performances of the proposed method by two-compartment intravenous injection model calculation example in pharmacokinetics.