SOA架構在遼河流域報表管理系統的研究與實踐①

趙 楊, 關 寧, 王俊霖

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SOA架構在遼河流域報表管理系統的研究與實踐①

趙 楊1,2, 關 寧1,2, 王俊霖3

1(中國科學院大學, 北京 100049)2(中國科學院沈陽計算技術研究所, 沈陽 110168)3(大連理工大學軟件學院, 大連 116620)

報表服務是遼河流域水環境相關管理系統中核心業務需求之一. 隨著水環境治理范圍擴大, 報表服務需求多樣化, 現有分散式報表管理方式已不能滿足用戶實際需求. 對此, 從異構系統中報表實際業務需求出發, 結合SOA架構模型松散耦合與可重用性等特點, 提出了一種基于SOA架構的報表管理系統. 解決了多系統之間重復開發與數據共享等問題. 本文通過對報表業務核心功能及流程的提煉, 建立了相應的服務模型, 根據對不同服務的組合和調用, 實現了支持多系統并發訪問的報表管理系統.

SOA; 報表管理系統; 服務; 服務模型

1　引言

近年來, 水環境形勢嚴峻, 流域水環境治理現狀遠滯后于社會經濟發展. 為了加大遼河流域水環境治理力度, 在結合流域水環境監測和流域水污染現狀等相關問題后, 構建了多個科學的水環境管理技術平臺, 如: 遼河流域水環境風險評估與預警系統、污染源管理系統和水環境質量管理系統等. 這對推進生態文明建設、落實科學發展觀具有重大的戰略意義.

在“遼河流域水環境管理綜合示范” 項目中多個系統均存在報表服務需求, 但系統間相互獨立、運行環境不同、系統開發標準不統一, 使報表服務與水流域相關管理系統呈現一種“緊耦合”的狀態. 當報表需求發生相應變化時, 系統無法快速靈活的做出調整. 大量頻繁的修改代碼, 也將給系統的穩定性與安全性帶來新的挑戰. 從而導致系統部署復雜升級和維護困難, 設計維護人員工作效率低、管理成本高, 使整個管理系統的運行不夠靈活和流暢.

目前, 業內的報表軟件從形式上主要分為畫布式報表和類Excel報表. 畫布式報表(簡稱SQL型報表)可做到數據可視化綁定, 報表控件位置自由放置. 國內外較多應用的畫布式報表軟件主要有: Crystal Reports、FastReport等. 類Excel報表(簡稱Cell型報表)的報表設計界面類似于Excel, 通過單元格對數據源進行綁定, 這類報表軟件主要有: 潤乾報表、用友華表等[1]. 通過對現有報表軟件的研究, 以及針對報表相關特性及系統應用需求的分析, 本文提出了一種面向服務的體系架構(Service-Oriented Architecture, 以下簡稱“SOA”)的報表管理系統.

該系統采用SOA架構思想、通用Web服務模式, 針對流域水環境相關管理系統中不同的報表服務需求, 在現有各獨立的系統基礎之上, 對服務對象、功能結構、流程關系進行聚類和重組, 整合為一個全新的業務系統. 使得我們只需關注各個服務接口的調用, 通過組合的服務, 可以簡單快速的部署整個應用系統, 而不涉及底層編程接口和通訊模型, 也無需理解服務底層的具體實現[2]. 這充分利用了SOA的低耦合性及高可擴展性, 有效地簡化了設計人員重復繁瑣的設計工作, 提高了異構系統的靈活性和開發效率、降低了系統的復雜性和建設成本.

2　基于SOA的報表管理系統架構

基于SOA的報表管理系統采用了層次劃分的思想, 將整個系統劃分為: 顯示層、業務流程層、服務層和數據資源層[3], 具體架構圖如圖1所示.

圖1 基于SOA的報表管理系統架構

(1) 顯示層. 主要負責報表管理系統中人機交互界面, 可以根據用戶的訪問權限不同對報表界面進行靈活的配置. 采用Web服務對前端顯示層邏輯進行封裝, 保證各系統集成后的松散耦合性.

(2) 業務流程層. 引用了企業服務總線(Enterprise Service Bus, 以下簡稱“ESB”)[4], 根據業務流程通過ESB對服務層中的服務進行發現, 調度服務隊列中的請求, 判斷服務注冊中心是否存在該服務, 并對服務進行分發、路由、編排等操作, 使服務可以在總線上進行交互. 同時也可以及時處理不同業務系統發送來的請求, 并合理調度相應服務模塊保證系統可以正常運行. 無論是系統內的服務調度還是系統間的服務調度, 都將通過業務流程層, 得以調度完成.

(3) 服務層. 由眾多服務模型所組成, 通過服務建模將業務組件轉化為服務模型, 是整個系統實現過程中的核心層次. 當接收到業務流程層發送的請求后, 可以靈活劃分或組裝服務模塊, 完成相應的請求. 當需要添加新服務時, 可以直接在服務層進行操作.

(4) 數據資源層. 主要對用戶數據和數據庫進行存儲和管理.

應用上述體系架構, 將系統應用中功能和業務組件提取出來, 以基于SOA的服務模塊的方式進行開發和部署, 抽象了具體實現過程中訪問的無關細節. 除此之外, 若需添加新功能, 只需將功能抽象為服務便可輕松的添加到系統中去, 縮短了開發時間、提高了系統的可擴展性.

3　基于SOA的報表管理系統的設計

SOA這一概念是1996 年Gartner Group在一篇報告中正式提出[5]. 它是一種松散耦合、面向服務的組件模型. 將系統中不同的業務單元定義為服務(Service), 服務之間通過標準化且獨立的的接口定義進行消息通訊, 使其獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言, 從而使模型具有良好的通用性和重用性[6].

3.1 報表服務

“服務”是SOA架構模型的核心理念, 是從整體業務流程中抽象出來的一些獨立、可重用的業務功能. 如圖2所示, 在SOA拓撲結構中, 其分別由三個不同的角色所組成: Service Requester (服務請求者)、Service Broker (服務代理人)和Service Provider (服務提供者). 同時Web Service為實現服務提供了技術支持, 創建了角色之間連接的三種不同操作: publish(發布)、find(查找)、 bind(綁定). 服務提供者將以WSDL描述的服務發布到UDDI(Universal Description, Discovery and Integration)注冊中心服務并對服務請求進行響應; 服務請求者通過代理人查找所需服務并使用該服務; 服務代理人注冊服務并產生相應服務接口, 并向服務請求者提供搜索服務.

圖2 面向服務的體系架構的拓撲結構

3.2 業務流程分析

基于SOA的報表管理系統設計目的就是為了完成對遼河流域水環境相關數據的收集、處理和展示等工作, 從而掌握流域水環境現狀, 根據對相應信息分析可以快速的調整水環境治理方案. 從整體上來說, 首先需要捕獲用戶發送的報表服務請求將其作為系統輸入, 根據解析過濾請求獲取需求樣式, 并從數據源處獲取數據來生成報表. 最終將生成的報表發送給用戶, 從而完成整個服務流程. 通過對整個報表管理系統運行流程的分析, 得到核心功能的業務流程, 如圖3所示.

圖3 報表管理系統業務流程

當服務器監聽到服務請求者發送的請求時, 首先對請求進行解析從中獲取請求方法、身份驗證參數、表樣信息等參數信息, 將其作為系統的處理對象. 并調度運行安全認證服務, 對其身份進行驗證識別, 不同身份的用戶獲得的系統應用權限不盡相同. 認證成功后, 調度運行模板解析服務, 根據解析服務請求中的表樣信息, 從報表模板庫中獲取不含數據參數的模板文件. 若模板庫中不存在相應模板, 則調度運行模板的設計服務, 服務請求者通過UI接口得以完成模板設計工作, 并將設計好的模板以XML形式存入報表模板庫. 得到相應模板文件后, 運行模板生成服務, 根據服務請求者傳入的數據源信息對數據庫中的數據進行查詢, 并將獲取的數據信息填入相應的模板文件中. 最終將填充數據后的報表文件返回給服務請求者, 調用報表輸出服務, 使得服務請求者可以在Web前端查看報表文件, 或選擇不同的格式將報表文件打印或導出.

3.3 服務模型設計

通過對報表管理系統業務流程自頂向下的分析, 可以將業務流程劃分為顆粒度大小不同的子服務, 然后在對子服務進行進一步的劃分, 劃分為顆粒度更小的子服務. 從而逐步對服務進行分析, 并找到服務顆粒度劃分的最優模型, 并逐一對服務進行實現. 概括來說, 服務建模就是通過將不同的服務進行識別、定義、實現, 最終將服務模型輸出的過程. 基于SOA的報表管理系統服務模塊的具體設計如圖4所示.

圖4 報表管理系統服務模塊

(1) 安全認證服務

安全認證服務提供了對用戶身份驗證和權限查詢的組件接口, 并對用戶的訪問和請求進行安全會話管理. 保證具有不同權限的用戶可對系統、數據庫、應用功能等具有不同的訪問級別.

(2) 模板設計服務

模板設計服務中又包含了數據源配置服務和模板樣式定義服務, 均是以XML文件作為通訊載體. 由用戶對所需報表樣式進行設計和排版, 如報表類型的選擇, 表頭的設計等. 設計完成后對報表所填內容進行配置, 無需填入具體的數據, 只需填寫所要顯示數據的表達公式, 之后報表生成服務會依據公式自動將查詢到的數據填入.

(3) 數據獲取服務

根據用戶配置的數據源信息對相應數據庫進行連接, 并根據數據源中的報表參數信息對所需字段進行讀取. 根據傳入的模板設計階段用戶自定義的SQL語句, 在數據庫中執行查詢語句并獲取所需數據形成一個結果數據源, 并將結果數據源從數據庫返回給數據讀取服務模塊.

(4) 報表生成服務

通過傳送來的報模板樣式和從數據庫傳送來的結果數據源信息, 模板解析服務對模板文件進行解析處理, 依照解析后報表模板文件中的定義, 報表填充服務將數據填充到對應位置, 以完成報表生成的服務.

(5) 報表輸出服務

報表生成完成后, 報表輸出服務通過內置的Viewer對報表進行顯示. 也可調用報表導出服務, 將報表文件映射成以下格式的文件進行導出, 如: HTML、PDF、EXCEL等. 或者通過報表打印服務, 提供對報表的文檔的打印, 打印部分用戶可自行選擇.

上述只介紹了報表管理系統的核心服務模型, 依照SOA架構的設計松散耦合、靈活復用的優勢, 未來也可以根據實際需求對整個系統中的服務進行添加或刪除, 迅速地響應用戶的各種需求.

4　基于SOA的報表管理系統的實現

4.1 系統實現的關鍵技術

基于SOA的報表管理系統采用B/S結構、Web服務、Web Service技術. SOAP用來描述傳遞信息的格式, WSDL 用來描述如何訪問服務的接口, UDDI用來管理、分發、查詢Web Service.

4.1.1 XML技術

XML是一種可擴展標記語言, 用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言. SOA 服務之間通過消息進行通信, 通常采用XML Schema(也叫做XSD, XML Schema Definition)來定義所交換的消息格式(即服務的公共數據). XML作為數據的載體和信息通信格式標準, 可以根據報表管理系統中不同的業務需求自行定義不同的樣式的標記. 使用XML技術來解決客戶端與服務端大量的數據交互問題, 主要用于用戶和服務模塊之間的通信, 對系統的輸入和輸出進行管理.

4.1.2 ESB技術

ESB是SOA架構中重要的集成層組件(Integration Layer), 是在服務和應用之間通過標準的集成方式, 提供一種支持服務間交互的橋梁. 服務可以在ESB上進行注冊登記, 使用戶可以便利地查找、調用服務. 所有的服務調用都可以通過 ESB 來完成, 這樣使得報表服務調用變得十分便捷, 使得服務請求者和服務提供者之間以松散耦合的方式進行交互. 服務請求者無需要關心服務提供者所提供服務的具體實現方式, 雙方只要保證接口不變, 可各自可獨立進行管理.

4.2 實現效果

通過對遼河流域水環境報表管理系統的實現, 設計完成了報表相關查詢、統計、顯示等業務需求. 在原有系統基礎之上進行開發, 這種方式簡化了繁雜的開發工作, 提高了系統實施效率, 具體實現界面如圖5所示.

圖5 報表管理系統實現界面

4.3 系統測試

4.3.1用戶并發性測試

主要基于報表管理系統用戶數量和響應時間對系統性能的測試. 分別測試了并發用戶數量在100, 200, ... , 600時, 系統的響應時間. 從測試結果圖6中可看出, 隨著并發用戶的增加, 系統的響應時間也在逐漸增加, 當并發用戶達到某一數值時, 由于服務器同時接收到的請求過多, 造成服務器阻塞、響應時間延長, 但對實際用戶體驗沒有造成過多的影響.

圖6 報表管理系統性能測試

4.3.2可靠性和可測試性

可靠性是指系統在限定時間和條件下完成指定功能任務的能力. 為測試報表管理系統的可靠性和可測試性, 設計了一款具有可實時狀態監測、平均故障時間分析等功能的測試工具, 結果證明報表管理系統在安全性、穩定性及容錯性等方面均達到要求.

綜上所述, 報表管理系統具有以下優點:

(1) 系統可擴展性好: SOA架構松散耦合, 采用定義開放的接口規范, 使整個系統具有良好的擴展性;

(2) 靈活性強: 系統服務可以動態進行添加和刪除, 而不影響整個系統正常運行;

(3) 錯誤影響范圍小: 當某個服務模塊發生故障時, 測試人員只需檢測修改相應服務模塊即可, 而不需要對整個系統進行檢測.

(4) 通過對報表管理系統進行檢驗與分析, 確保了系統的有效性和合理性, 充分驗證了本文所提出的模型的實用性和可行性.

5　結語

從遼河流域水環境相關管理系統中報表需求著手, 將SOA架構模型應用到報表管理系統的實際開發中去, 解決了異構系統中報表服務統一管理和數據資源共享等問題. 達到了系統設計目標, 提高了系統的靈活性和擴展性, 減少了報表開發的復雜流程, 實現了報表服務與系統間的松散耦合, 使得開發人員可以更加迅速、可靠的部署或重用整個業務系統, 可以更加從容的面對業務系統的需求的快速變化. 此架構具有良好的通用性, 對同類系統的報表管理服務具有一定的參考價值, 有良好的應用前景. 今后主要的研究工作內容為: 完善服務層協議棧中的協議標準, 并對系統的并發性問題進行進一步優化.

1 劉金雨.中式報表的特點和設計.程序員,2008,(7):128–128.

2 Carter S. The New Language of Business SOA & Web 2.0. IBM Press, 2007.

3 Satzinger JW, Jackson RB, Burd SD. Systems analysis and design in a changing world. Cengage Learning EMEA, 2008.

4 吳曉,呂爽,馬新強.基于SOA 的企業應用集成研究.信息技術,2007,4:28–36.

5 Roy W, Schulte YV, et al. Service Oriented Architectures. 1996. http://www.gartner.com/Display-Document?id= 302868.

6 Krafzig D, Banke K, Slama D. Enterprise SOA: Service- Oriented Architecture Best Practices. USA, Prentice Hall PTR, 2004: 41–59.

Research and Implementation of SOA Frame in the Liaohe River Basin Reporting Management System

ZHAO Yang1,2, GUAN Ning1,2, WANG Jun-Lin3

1(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)2(Shenyang Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110168, China)3(School of Software Technology, Dalian University of Technology, Dalian 116620, China)

Reporting service is one of the core business requirements in the water environment managing system of Liaohe River Basin. With the expansion of the scope of the water environment management and the diversification of the demand for reporting service, the existing decentralized statements management methods can hardly satisfy the user’s actual needs. Aiming at reporting actual business needs problems in the heterogeneous system and binding SOA architecture model’s characteristic of loosely coupled, reusability etc., this paper proposed a reporting management system based on SOA architecture. According to analyzing the business core functions and processes, the corresponding service model is established. Based on the composition of different services and calling, this paper implements the reporting management system which supports multi-system concurrent accessing.

service-oriented architecture (SOA); reporting management system; service; service model

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07505003)

2016-06-21;

2016-07-25

[10.15888/j.cnki.csa.005648]