電力行業(yè)快速開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

申蕾 張曉慧 張才俊 李杰 王宏巖

摘要：

在信息化改革趨勢(shì)下，針對(duì)傳統(tǒng)C/S架構(gòu)構(gòu)建的電力企業(yè)應(yīng)用的開發(fā)維護(hù)以及擴(kuò)容互通困難的問(wèn)題，提出運(yùn)用成熟的J2EE快速開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行電力行業(yè)綜合信息平臺(tái)快速開發(fā)的整體設(shè)計(jì)方案。該方案基于J2EE的B/S三層體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)組件、事務(wù)服務(wù)技術(shù)的研究及API的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的構(gòu)建，并針對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)的遷移解決傳統(tǒng)企業(yè)應(yīng)用的“信息孤島”問(wèn)題，能夠滿足安全、穩(wěn)定、可靠及高性能的要求。

關(guān)鍵詞：

J2EE; 快速開發(fā)平臺(tái); B/S; 電力行業(yè)

中圖分類號(hào)： TP 399

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Design and Implementation of Rapid Application Development

Platform in Electric Power Industry

SHEN Lei1， ZHANG Xiaohui1， ZHANG Caijun1， LI Jie2， WANG Hongyan2

（1.State Grid Customer Service Center， Tianjin 300309， China; 2.Beijing ChinaPower Information

Technology Co. Ltd.， State Grid Informtion & Telecommunication Group， Beijing 100085， China）

Abstract：

With the informatization trend， this paper proposes a comprehensive design scheme for the rapid development of the integrated information platform for the electric power industry using the mature J2EE rapid development platform. The solution is based on the J2EE B/S threetier architecture， implements the platform construction through the research of components， transaction service technology and API application. It solves the problem of “information island” of traditional enterprise applications for the migration of heterogeneous data and meets the requirements of safety， stability， reliability and high performance.

Key words：J2EE; rapid application development platform; B/S; electric power industry

0引言

隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的成熟發(fā)展，各行各業(yè)都掀起了信息化建設(shè)的浪潮。在電力行業(yè)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的電力信息化改革[1]，我國(guó)電力企業(yè)已建立了一套相對(duì)完整、規(guī)模相當(dāng)?shù)男畔⑾到y(tǒng)，主要涵蓋了電力生產(chǎn)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷、企業(yè)管理、用戶服務(wù)等功能，并帶來(lái)了積極的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。然而在全球化的市場(chǎng)發(fā)展中，信息的互聯(lián)互通、橫向傳遞等需求對(duì)電力企業(yè)現(xiàn)有的信息系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)[2]，越發(fā)成為企業(yè)發(fā)展道路上的絆腳石。究其原因是因?yàn)槟壳半娏ζ髽I(yè)的信息系統(tǒng)由于歷史發(fā)展的原因主要采用傳統(tǒng)的C/S（Client/Server）的應(yīng)用模式[36]，這種應(yīng)用模式總體而言主要存在以下弊端[78]。

（1）開發(fā)維護(hù)困難：業(yè)務(wù)發(fā)生變動(dòng)或者數(shù)據(jù)協(xié)議發(fā)生變化，需對(duì)客戶端甚至整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更新，牽一發(fā)而動(dòng)全身，造成開發(fā)成本的浪費(fèi)。

（2）缺乏開放性、通用性和跨平臺(tái)性：C/S架構(gòu)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)往往是專有的，因此各應(yīng)用之間的信息共享難以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)的客戶端軟件需根據(jù)不同終端系統(tǒng)來(lái)開發(fā)不同軟件，跨平臺(tái)性差。

（3）安全性差：在 C/S系統(tǒng)中，客戶端程序直接與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行連接，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性缺乏保障。

（4）并發(fā)處理和擴(kuò)容能力有限：面臨廣域網(wǎng)集中大并發(fā)訪問(wèn)情形，C/S模式的處理性能有限，且發(fā)生故障時(shí)難以進(jìn)行性能擴(kuò)展，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性難以保障。

因此，從安全、維護(hù)、集成、性能等角度出發(fā)，傳統(tǒng)模式由于技術(shù)和結(jié)構(gòu)等原因的限制，給后期的維護(hù)和新功能的開發(fā)造成困擾，已無(wú)法適應(yīng)電力行業(yè)“快速開發(fā)、開放互聯(lián)、高效集成”的信息化發(fā)展需求，需對(duì)應(yīng)用集成、跨平臺(tái)共享、輕量WEB客戶端技術(shù)等投入關(guān)注，而J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition）是目前公認(rèn)的企業(yè)級(jí)信息系統(tǒng)[910]的架構(gòu)體系，適用于快速開發(fā)和創(chuàng)建服務(wù)器應(yīng)用程序與應(yīng)用，并打通了各子系統(tǒng)之間的壁壘，使得信息的流通和傳遞更加便捷，能夠很好地兼顧開放性、安全性和可擴(kuò)展性等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)在諸多軟件開發(fā)和企業(yè)客戶的選擇。

本文借助基于成熟的J2EE快速開發(fā)平臺(tái)[11]并將其應(yīng)用于電力行業(yè)，研究了通過(guò)中間件技術(shù)尤其是EJB（Enterprise JavaBean）技術(shù)，結(jié)合B/S（Browser/Server）多層模式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)綜合信息應(yīng)用的快速開發(fā)和構(gòu)建，并通過(guò)實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)不同職能部門間的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，解決大型企業(yè)中常見的“信息孤島”難題。

1電力行業(yè)綜合信息平臺(tái)建設(shè)的總體架構(gòu)與分析

1.1平臺(tái)總體架構(gòu)

電力行業(yè)信息化的總體需求是，首先通過(guò)綜合自動(dòng)化的平臺(tái)建設(shè)，從平臺(tái)的內(nèi)、外部而言，分別實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的各項(xiàng)主要應(yīng)用服務(wù)間、各部門業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)間，應(yīng)當(dāng)做到數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)不同部門間信息的聯(lián)通;其次，通過(guò)統(tǒng)一化信息數(shù)據(jù)模型及中心數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在整個(gè)信息系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)態(tài)性和一致性。本文從電力行業(yè)角度出發(fā)，所研究的電力企業(yè)綜合信息平臺(tái)的總體架構(gòu)，如圖1所示。

主要包括辦公自動(dòng)化子系統(tǒng)、電力營(yíng)銷自動(dòng)化子系統(tǒng)、生產(chǎn)自動(dòng)化子系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)門戶與平臺(tái)安全子系統(tǒng)。綜合信息平臺(tái)的主要功能實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、整合及二次處理，規(guī)范化工作流引擎。

1.2平臺(tái)需求分析

技術(shù)層面上，系統(tǒng)總體基于J2EE快速開發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各子功能的模塊化設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)置，并支持組件的選調(diào)和動(dòng)態(tài)加載。同時(shí)應(yīng)具備較高的擴(kuò)展和容錯(cuò)能力，對(duì)于客戶端使用基于WEB瀏覽器的方式進(jìn)行與服務(wù)器的訪問(wèn)及管理。

在運(yùn)行性能方面，整個(gè)基于B/S體系架構(gòu)的綜合信息系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全天候7*24小時(shí)無(wú)間斷工作，整體無(wú)故障率>99.9%，在網(wǎng)絡(luò)條件不出現(xiàn)瓶頸的條件下，普通操作的局域網(wǎng)響應(yīng)時(shí)間<2秒，廣域網(wǎng)應(yīng)<5秒，網(wǎng)站的WEB靜態(tài)頁(yè)面最大可接入超過(guò)600用戶的并發(fā)訪問(wèn)操作以及2000用戶同時(shí)在線，業(yè)務(wù)處理功能最大用戶接入量為400。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，系統(tǒng)服務(wù)器的CPU平均使用率應(yīng)小于25%。

2J2EE快速開發(fā)平臺(tái)在電力行業(yè)中的應(yīng)用

2.1J2EE組件與服務(wù)技術(shù)

J2EE組件技術(shù)的主要作用是構(gòu)建用戶接口并建立業(yè)務(wù)邏輯，這樣就能夠有效保證模塊設(shè)計(jì)的精確性，進(jìn)而被較多的企業(yè)所應(yīng)用，因此不必針對(duì)不同的應(yīng)用進(jìn)行功能的逐一開發(fā)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)效率，是實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)的重要概念。而服務(wù)技術(shù)通過(guò)提供事務(wù)服務(wù)或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，使應(yīng)用組件更高效地發(fā)揮功能。

2.1.1J2EE組件技術(shù)

（1）Web 組件

B/S架構(gòu)主要是基于瀏覽器模式，所以采用的是web組件生成的UI，并響應(yīng)給用戶。J2EE平臺(tái)包Web組件由Servlet和JSP構(gòu)成。

（2）EJB（Enterprise Java Beans）組件模型

EJB是一種部署于服務(wù)器端的分布式組件模型，用來(lái)開發(fā)安全可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)、可重用的多用戶事務(wù)處理組件單元。具體組件結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

EJB為于EJB容器中，每一個(gè)EJB都是通過(guò)本地與相應(yīng)的接口進(jìn)行調(diào)用的，這樣就弱化了位置關(guān)系。EJB組件可以分為以下3種，分別是實(shí)體Bean、會(huì)話Bean以及消息驅(qū)動(dòng)Bean。

2.1.2服務(wù)技術(shù)

服務(wù)技術(shù)主要包括事務(wù)服務(wù)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)：

（1）事務(wù)服務(wù)（Java Transaction Service，JTS）主要用于保障分布式的環(huán)境中組件間、數(shù)據(jù)庫(kù)間等事務(wù)處理的完整性和一致性。

（2）數(shù)據(jù)存取服務(wù)指的是J2EE規(guī)范中提供的一種接口，這種接口能夠應(yīng)用系統(tǒng)所需要的存取接口，保證業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)之間能夠建立聯(lián)系，并能夠?qū)崿F(xiàn)不同企業(yè)共同訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。在本文的電力企業(yè)應(yīng)用構(gòu)建中，EJB組件通過(guò)DB2數(shù)據(jù)庫(kù)的JDBC驅(qū)動(dòng)（jdbc：db2：//）來(lái)對(duì)后端數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作和訪問(wèn)。

2.2J2EE三層B/S體系結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的應(yīng)用和功能快速開發(fā)需求，系統(tǒng)采用了目前J2EE的三層B/S架構(gòu)。即通過(guò)引入中間件技術(shù)，將以往傳統(tǒng)的C/S復(fù)雜邏輯進(jìn)行解耦，同時(shí)提供可擴(kuò)展伸縮、易訪問(wèn)和管理的解決方案，可實(shí)現(xiàn)分布式部署多種應(yīng)用于不同服務(wù)器，分布式應(yīng)用借此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和集群服務(wù)，從而提升應(yīng)用的高可靠性和高資源利用率。中間件獨(dú)立于用戶機(jī)和服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，可實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源的統(tǒng)一管理，支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和接口，保障互操作性。本文所設(shè)計(jì)的電力行業(yè)的綜合信息管理平臺(tái)基于J2EE經(jīng)典的三層結(jié)構(gòu)[12]，即表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層，如圖3所示。

（1）表示層

網(wǎng)頁(yè)客戶端與Web組建構(gòu)成了表示層，表示層的功能即通過(guò)可視化的HTML頁(yè)面形式將后端數(shù)據(jù)和事務(wù)的操作邏輯進(jìn)行呈現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層主要由EJB組件構(gòu)成。每個(gè)EJB都負(fù)責(zé)承擔(dān)一部分的應(yīng)用事務(wù)處理邏輯。本文中提出的電力行業(yè)應(yīng)用所涉及的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)均于EJB中完成。JTS服務(wù)技術(shù)也將在此體現(xiàn)對(duì)EJB組件的支持。

（3）數(shù)據(jù)層

JDBC能夠?yàn)镴2EE平臺(tái)提高數(shù)據(jù)庫(kù)連接方案，保證J2EE平臺(tái)能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增刪改查，為用戶提供所需要的服務(wù)。因此，在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)只需按照J(rèn)DBC規(guī)范編寫并安裝與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)便可支持任意數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。

2.3應(yīng)用程序前后端技術(shù)工作流程

首先用戶通過(guò)瀏覽器的客戶端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，通過(guò)web能夠發(fā)送相應(yīng)的請(qǐng)求，然后呢通過(guò)JSP/Servlet能夠接受請(qǐng)求，然后在進(jìn)行處理，并與會(huì)話Bean的業(yè)務(wù)接口交互。

對(duì)于數(shù)據(jù)實(shí)體的操作，實(shí)體Bean響應(yīng)對(duì)接會(huì)話Bean，通過(guò)接口能夠返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)實(shí)體，最后將數(shù)據(jù)返回給前端回話Bean作進(jìn)一步的業(yè)務(wù)處理。后端則通過(guò)JDBC對(duì)接書庫(kù)句，完成與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)接口，完成數(shù)據(jù)的存取。整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部工作流程，如圖4所示。

3異構(gòu)數(shù)據(jù)遷移

由異構(gòu)數(shù)據(jù)[13]引起的信息孤島是目前在多數(shù)企業(yè)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題，常見的數(shù)據(jù)庫(kù)有微軟SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Sybase數(shù)據(jù)庫(kù)、DB2等，不同的子系統(tǒng)中使用不盡相同。為了能夠保證各個(gè)子系統(tǒng)都能夠順利接入綜合平臺(tái)，這是選用的數(shù)據(jù)庫(kù)是DB2，因此需將其他子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息自動(dòng)化地復(fù)制到DB2數(shù)據(jù)庫(kù)中。

本文給出對(duì)解決方案是通過(guò)微軟提出的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用程序接口ODBC（Open Database Connectivity，開放數(shù)據(jù)庫(kù)連接）[14]使用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)句 SQL [15]作為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)訪問(wèn)語(yǔ)言，ODBC提供了一套針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的標(biāo)準(zhǔn) API，從而屏蔽了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)間的不同。

在ODBC中，ODBC API通過(guò)DM（Driver Manager，驅(qū)動(dòng)程序管理器）與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交流。DM將API的調(diào)用轉(zhuǎn)達(dá)給適配的驅(qū)動(dòng)程序，經(jīng)過(guò)處理后將操作結(jié)果經(jīng)DM反饋給應(yīng)用程序，其結(jié)構(gòu)關(guān)系，如圖5所示。

4綜合平臺(tái)的性能測(cè)試

根據(jù)本文給出的電力行業(yè)綜合平臺(tái)的方案，選用2臺(tái)HP Server RP5470作為中間層以及數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存的服務(wù)器硬件平臺(tái)，使用Sun Storage 7110磁盤陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。服務(wù)器采用HP UNIX雙活解決方案進(jìn)行熱備。基于如上硬件配置環(huán)境，進(jìn)行綜合平臺(tái)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試。

4.1靜態(tài)性能壓力測(cè)試

靜態(tài)壓力測(cè)試中設(shè)定的壓力策略為每5秒增加5名虛擬用戶，每個(gè)用戶連續(xù)訪問(wèn)多個(gè)電力行業(yè)綜合平臺(tái)的網(wǎng)頁(yè)模塊，直到

1 000名虛擬用戶同時(shí)在線為止。經(jīng)多次測(cè)試，綜合平臺(tái)系統(tǒng)的靜態(tài)性能，如表1所示。

通過(guò)表1可知，在1 000用戶同時(shí)在線的情況下，綜合平臺(tái)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)亞秒級(jí)相應(yīng)，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，CPU的負(fù)載情況來(lái)看，兩臺(tái)服務(wù)器的負(fù)載分擔(dān)合理，功能實(shí)現(xiàn)正常。

4.2動(dòng)態(tài)性能壓力測(cè)試

動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試中在靜態(tài)訪問(wèn)的基礎(chǔ)上加入查詢操作指令，調(diào)用后端數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的壓力測(cè)試。多次測(cè)試的動(dòng)態(tài)性能及平均響應(yīng)時(shí)間，如表2所示。

由圖可見1 000用戶同時(shí)在線時(shí)，綜合平臺(tái)系統(tǒng)的平均響應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在秒級(jí)。另外，通過(guò)CPU的log記錄可知用戶數(shù)的增加對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間影響較小，沒(méi)有發(fā)生由于用戶數(shù)的增加而產(chǎn)生積聚效應(yīng)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)能力降低的情況。

5總結(jié)

本文針對(duì)J2EE快速開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行了分析和探討，通過(guò)組件和服務(wù)技術(shù)以及B/S三層架構(gòu)的研究，針對(duì)電力行業(yè)中綜合信息平臺(tái)的構(gòu)建進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并得出如下結(jié)論：

（1）傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)的應(yīng)用開發(fā)與維護(hù)困難且不經(jīng)濟(jì)，基于B/S架構(gòu)開發(fā)的應(yīng)用具有更高的安全性，更好的開放性、通用性和跨平臺(tái)性，并且具有更強(qiáng)的擴(kuò)容能力。

（2）借助J2EE快速開發(fā)平臺(tái)，能夠真實(shí)有效地為企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)境中部署應(yīng)用，業(yè)務(wù)邏輯清晰，實(shí)現(xiàn)敏捷開發(fā)，解決了傳統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)下各子系統(tǒng)間信息無(wú)法交互的“信息孤島”問(wèn)題。

（3）通過(guò)在硬件平臺(tái)上部署，實(shí)際驗(yàn)證了在高并發(fā)狀態(tài)下，基于J2EE快速開發(fā)平臺(tái)的電力行業(yè)綜合信息平臺(tái)能夠很好地實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，負(fù)載均衡并運(yùn)行穩(wěn)定。

綜上所述，J2EE快速開發(fā)平臺(tái)適合為電力行業(yè)提供企業(yè)級(jí)的應(yīng)用輸出，能夠滿足安全、穩(wěn)定、可靠及高性能的要求，同時(shí)也可作為其他行業(yè)快速開發(fā)構(gòu)建企業(yè)級(jí)應(yīng)用的框架平臺(tái)。

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（收稿日期： 2019.05.31）

作者簡(jiǎn)介：申蕾（1981），女，碩士，工程師，研究方向：電力信息系統(tǒng)建設(shè)管理、人工智能應(yīng)用。

張曉慧（1984），男，碩士，工程師，研究方向：電力信息系統(tǒng)建設(shè)管理、技術(shù)架構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)管理。

張才俊（1980），男，本科，副高級(jí)工程師，研究方向：電力信息系統(tǒng)建設(shè)管理、人工智能應(yīng)用。

李杰（1984），女，碩士，工程師，研究方向：電力信息系統(tǒng)建設(shè)管理、智慧客服應(yīng)用。

王宏巖（1987），男，本科，工程師，研究方向：電力信息系統(tǒng)建設(shè)管理、智能客服應(yīng)用。

文章編號(hào)：1007757X（2020）08013204