基于Android 的學(xué)生校園系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

摘要：隨著移動通信技術(shù)進(jìn)入5G時代，以及高校學(xué)生需求的日益多樣化，用于智慧校園的學(xué)生校園系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。高校師生日常最為關(guān)注的是學(xué)習(xí)、教學(xué)以及學(xué)校相關(guān)的各類信息。基于此，文章整合校園中教學(xué)及生活的常見功能，設(shè)計并開發(fā)了一個基于Android的學(xué)生校園系統(tǒng)，以便利本校學(xué)生的校園日常生活。

關(guān)鍵詞：Android；校園系統(tǒng)；校園App；數(shù)字化校園

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）01-0051-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識碼（OSID） ：

1 關(guān)鍵技術(shù)介紹

Android是一款基于Linux內(nèi)核的、可用于手機(jī)、平板等移動終端的操作系統(tǒng)，其開發(fā)語言為常見的Java 語言。由于Android的發(fā)布規(guī)則寬松且簡單，并且允許任何人進(jìn)行自主研發(fā)，因此在移動App開發(fā)領(lǐng)域受到廣泛青睞。Android之所以能成為市場占有率第一的移動操作系統(tǒng)，主要原因在于[1]：1） 開源及開放。An?droid是開放源代碼的，允許任何廠商及個人使用，不受運營商約束，因此比其他平臺更具移植優(yōu)勢。2） 功能豐富，二次開發(fā)方便。Android內(nèi)部集成了瀏覽器、虛擬機(jī)、數(shù)據(jù)庫等組件，支持多種移動通信技術(shù)，且包括開發(fā)環(huán)境、調(diào)試工具以及相關(guān)分析工具等，有利于二次開發(fā)。3） 對谷歌應(yīng)用程序的兼容性好。谷歌發(fā)布An?droid這一先天優(yōu)勢使得谷歌平臺上的多數(shù)應(yīng)用程序都可以直接兼容Android平臺的各種操作，從而使移動終端用戶可以享受谷歌開發(fā)的各種應(yīng)用。

移動應(yīng)用的開發(fā)并非一蹴而就，需要對其進(jìn)行不斷迭代，學(xué)生校園系統(tǒng)在迭代過程中其體量會不斷增大。過大體量的移動應(yīng)用可能會影響用戶的使用選擇，即使使用也可能因安裝包下載及安裝過程過長而影響用戶體驗，為此有必要對學(xué)生校園系統(tǒng)進(jìn)行瘦身。對移動應(yīng)用APK包分析后發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化res目錄下的資源文件、動態(tài)鏈接庫文件等可以顯著減少App體量。

Android 應(yīng)用開發(fā)平臺從下至上可分為如下層次：Linux內(nèi)核層、系統(tǒng)庫及運行時庫層、應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)印Ｆ渲校琇inux內(nèi)核層是Android應(yīng)用開發(fā)平臺的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理移動終端的內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)通信以及安全權(quán)限等；系統(tǒng)庫提供對Java虛擬機(jī)的支持，使Java語言編寫的程序可以運行在Android 系統(tǒng)上；運行時庫提供對C語言程序、多媒體文件以及UI界面等各種組件的支持；應(yīng)用程序框架層為An?droid應(yīng)用的開發(fā)提供了常用功能的API接口。

Android 應(yīng)用開發(fā)平臺的基本組件包括[2]：活動（Activity） 、服務(wù)（Service） 、廣播接收器（Broadcast Re?ceiver） 以及內(nèi)容提供器（Content Provider） 。每個應(yīng)用程序都由多個Activity構(gòu)成，不同模塊或組件可以設(shè)計為單獨的Activity。Service是一種后臺服務(wù)，例如各種應(yīng)用中的消息通知功能，當(dāng)處于離線狀態(tài)而不能及時接收消息時，服務(wù)會自動接收消息，待在線后再進(jìn)行顯示。Broadcast Receiver可以接收其他應(yīng)用的廣播信息，Content Provider的作用是解決無法以顯示方法訪問其他應(yīng)用的Activity的問題。

2 需求分析

為實現(xiàn)一個使用友好且功能完善的學(xué)生校園系統(tǒng)，本研究基于模塊化思想進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析，將基于Android的學(xué)生校園系統(tǒng)分為師生端模塊、學(xué)工端模塊以及后勤端模塊等。

師生端模塊主要是用于方便本校師生使用，使師生的校園生活更加便捷，節(jié)省師生在各種校園事務(wù)上的流程化時間。基于此，師生模塊需要具有課程表、成績查詢、圖書借閱、請假及考勤等功能。各功能的需求是[3]：1） 課程表功能。此功能用于顯示本教學(xué)周的課程安排，點擊課程表任意天的某一節(jié)課，應(yīng)當(dāng)能夠顯示出課程名稱、任課教師、上課時間和地點、課程簡介以及考試安排等詳細(xì)信息；課程表頁面還應(yīng)提供編輯功能，在上課時間或地點等信息發(fā)生變化時，學(xué)生能夠手動修改信息并保存。2） 成績查詢功能。每學(xué)年各個學(xué)期的所有課程成績，都可以通過此功能進(jìn)行查詢；除了簡單的查詢之外，還應(yīng)該提供課程成績的計算及排序功能，例如計算同一學(xué)生不同課程的平均績點、指定班級某課程的平均分、某課程的最高分等。3） 圖書借閱。當(dāng)師生登錄到圖書借閱模塊后，系統(tǒng)需要能夠顯示登錄用戶的個人信息、當(dāng)前借閱信息、借閱歷史以及圖書收藏等。4） 請假及考勤。重要的課程需要登記學(xué)生的考勤，考勤頁面要能夠查看不同的考勤狀態(tài)，例如某一天是正常考勤、請假、缺勤以及補簽等。為避免師生浪費大量的時間在線下請假流程上，請假功能會使學(xué)生的請假申請自動推送至審批人員的手機(jī)上，可以顯著節(jié)省請假審批時間。

學(xué)工端模塊主要用于負(fù)責(zé)學(xué)工及行政工作教師的日常工作，以更高效地為學(xué)生服務(wù)，此模塊的功能應(yīng)主要包括[4]：1） 設(shè)備報修管理。如果在學(xué)校內(nèi)部發(fā)現(xiàn)任何損壞的公共設(shè)備，都能夠通過此模塊完成設(shè)備報修相關(guān)流程；2） 招聘管理。在畢業(yè)季可以發(fā)布各類招聘公告，方便學(xué)生求職；如果學(xué)校有教師招聘需求，亦可在此發(fā)布。3） 校園黃頁。此功能可以集中展現(xiàn)各個院系部門的聯(lián)系方式，以便學(xué)校師生在遇到事項時可以聯(lián)系對應(yīng)人員解決。

后勤端模塊是連接學(xué)生及學(xué)校后勤人員的紐帶。對學(xué)生而言，最主要的后勤人員是宿舍管理員，使用好后勤模塊可以更好地關(guān)心學(xué)生，使學(xué)生保持一種良好的生活風(fēng)貌；其次是維修人員，為師生提供維修服務(wù)。因此，后勤端模塊中需要具有衛(wèi)生評比、衛(wèi)生評分查看、維修管理等功能。

3 設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 概要設(shè)計

綜合上述對學(xué)生校園系統(tǒng)的需求分析，可以得到系統(tǒng)的功能層次結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

學(xué)生校園系統(tǒng)的用戶不僅包括任課教師、學(xué)生，還包括學(xué)工及行政老師、后勤人員等，不同用戶均有其對應(yīng)的功能頁面，且不同類用戶間的功能業(yè)務(wù)彼此分離。這種設(shè)計使各個模塊能夠?qū)崿F(xiàn)相互獨立，在開發(fā)測試時可以并行分別進(jìn)行編譯、調(diào)試，而在集成模式下可以將所有模塊“組裝”為完整的學(xué)生校園系統(tǒng)。

在整體架構(gòu)上，基于Android的學(xué)生校園系統(tǒng)可以從上至下分為三層：模塊層、基礎(chǔ)功能層和核心依賴層，如圖2所示。

其中模塊層直接面向?qū)W生校園系統(tǒng)的用戶，不同用戶擁有不同的登錄入口，模塊層中不同的模塊會展現(xiàn)出登錄用戶具有的所有功能；每個模塊均相互獨立，因此不同開發(fā)人員完全可以只負(fù)責(zé)單個模塊的功能邏輯，從而避免協(xié)作開發(fā)過程中的代碼沖突。基礎(chǔ)功能層是實現(xiàn)具體模塊功能的基礎(chǔ)，例如各種功能的數(shù)據(jù)請求需要通過網(wǎng)絡(luò)請求事項，系統(tǒng)展現(xiàn)的各種結(jié)果需要通過圖片處理功能來完成，消息推送服務(wù)提高了大量業(yè)務(wù)處理的實時性[5]。依賴層是實現(xiàn)整個學(xué)生校園系統(tǒng)的“地基”，Android移動應(yīng)用開發(fā)過程中通常會涉及模塊依賴、本地依賴和遠(yuǎn)程依賴三類依賴關(guān)系，其中本地依賴主要指的是本地jar包依賴；這些依賴關(guān)系會添加到工程模塊的build.gradle文件中，該文件會自動處理依賴關(guān)系。

3.2 詳細(xì)設(shè)計

3.2.1 基礎(chǔ)功能設(shè)計

基于Android的學(xué)生校園系統(tǒng)包括服務(wù)端及客戶端兩大部分，二者之間的數(shù)據(jù)交互需要基本的網(wǎng)絡(luò)請求功能。客戶端的網(wǎng)絡(luò)請求框架使用的是OkHttp，創(chuàng)建一個OkHttp客戶端對象后即可用其管理諸如連接池、緩存以及超時時間等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；隨后創(chuàng)建一個Re?quest對象即可描述網(wǎng)絡(luò)請求，例如是GET請求還是POST請求，網(wǎng)絡(luò)請求的請求參數(shù)頭、參數(shù)體以及請求URL等；網(wǎng)絡(luò)請求最終會返回由學(xué)生校園系統(tǒng)服務(wù)端預(yù)先定義的JSON數(shù)據(jù)。

學(xué)生校園系統(tǒng)中有很多功能會涉及圖片，圖片處理功能主要包括圖片的顯示及壓縮。圖片顯示時使用的是Picasso圖片顯示框架，選擇此框架的原因在于它可以完美兼容網(wǎng)絡(luò)請求框架OkHttp，且圖片體積會顯著降低。圖片壓縮主要用于衛(wèi)生評比、設(shè)備報修等場景，若不壓縮上傳的圖片，不僅會影響用戶使用體驗，也會導(dǎo)致服務(wù)端的存儲壓力。

消息推送方面本研究使用極光推送（JPush） ，其推送通道相對穩(wěn)定且提供豐富而開放的API接口，已集成主流移動終端廠商的推送通道。實際使用時需要先將極光推送的jar包保存至工程libs目錄中，并注冊相應(yīng)的消息推送服務(wù)，隨后即可接收推送的消息。學(xué)生校園系統(tǒng)的用戶在使用相應(yīng)業(yè)務(wù)時，服務(wù)端即會推送對應(yīng)消息到其移動終端。

3.2.2 業(yè)務(wù)功能設(shè)計

本研究使用開源的PostgreSQL作為學(xué)生校園系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，綜合考慮系統(tǒng)中與學(xué)生相關(guān)的業(yè)務(wù)功能后，主要設(shè)計了課程表、教師表、學(xué)生表、成績表以及假勤表。其中課程表存放一個學(xué)期內(nèi)的課表，即各門課程的基本上課信息，主要字段包括課程名稱、任課教師、班級、教室以及上課時間等；其中任課教師存放的是教師ID，為外鍵，引用的是教師表中的ID字段。教師表保存教師的基本信息，主鍵為教師ID，其他字段包括姓名、性別以及學(xué)歷等；學(xué)生表存放學(xué)生基本信息，包括學(xué)生ID、姓名、性別、年級以及院系等；成績表是成績查詢功能使用的主要數(shù)據(jù)庫表，包含課程ID、學(xué)生ID、學(xué)期以及成績等字段，其中課程ID和學(xué)生ID分別為引用課程表和學(xué)生表相關(guān)主鍵的外鍵。

在用戶界面設(shè)計方面，Android平臺提供了豐富的UI 界面組件，大多存放在widget 包或其子包an?droid.view內(nèi)。Android平臺所采用的MVC設(shè)計模式使界面組件與功能控制相互分離，不論是對用戶界面還是程序代碼進(jìn)行修改均可單獨進(jìn)行。學(xué)生校園系統(tǒng)的功能模塊較多，因此系統(tǒng)主界面采用的是常見的九宮格布局方式，九宮格內(nèi)的每個圖標(biāo)均對應(yīng)一個功能模塊。師生端和學(xué)工端等模塊的主界面Activity均需要路由注冊，在登錄首頁點擊指定模塊的接口后即可跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)模塊的主界面Activity。

3.3 實現(xiàn)

在基礎(chǔ)功能實現(xiàn)上，進(jìn)行圖片處理時需要根據(jù)調(diào)用接口的參數(shù)確認(rèn)是進(jìn)行圖片顯示還是壓縮。若為圖片壓縮則調(diào)用圖片壓縮工具，并將要壓縮的圖片列表作為參數(shù)傳遞給圖片加載方法；若為圖片顯示則調(diào)用顯示框架。極光推送的接口封裝后可以以單例模式創(chuàng)建對象，消息實體類的屬性主要包括id、content 以及type等屬性，分別表示消息的身份標(biāo)識、消息內(nèi)容以及消息類型（請假消息、報修消息等） ；消息的處理操作封裝在單獨的類中，接收到消息后會先存放至本地數(shù)據(jù)庫，當(dāng)用戶點擊消息按鈕時會觸發(fā)通知事件，轉(zhuǎn)發(fā)消息方法會完成消息的發(fā)送。

課程表可以讓學(xué)生根據(jù)下拉列表的選擇來查詢相關(guān)課程，因此實現(xiàn)為若干個下拉菜單，其中的菜單數(shù)據(jù)預(yù)先保存在數(shù)據(jù)字典中。前端程序獲取到用戶的選擇后將數(shù)據(jù)傳遞給后端程序，隨后從數(shù)據(jù)庫中查詢對應(yīng)指定的課程；這一過程需要有兩個布局文件，一個用于設(shè)計用戶選擇頁面，另一個用于顯示課程結(jié)果頁面。

成績查詢的入口處需要輸入用戶名及密碼，在通過檢測后進(jìn)入分?jǐn)?shù)頁面，該html頁面經(jīng)過HTML解析器的解析后用ListView顯示，通過分析頁面中的TR標(biāo)簽、TD標(biāo)簽等獲取所需的結(jié)果信息。為保證安全性，使用HttpClient組件對用戶名及密碼進(jìn)行驗證，同時增加一個Application類存取不同的Cookie值。

各種查詢操作得到的結(jié)果以Cursor（游標(biāo)） 子類對象的方式返回，該對象能夠?qū)崿F(xiàn)對查詢結(jié)果的向前、向后或隨機(jī)訪問，從而使數(shù)據(jù)庫的讀取效率較高。

多數(shù)Android應(yīng)用的組件間通信數(shù)據(jù)量均較大，為了對學(xué)生校園系統(tǒng)的體量進(jìn)行有效瘦身，本研究考慮對使用到圖片的功能場景進(jìn)行資源壓縮，簡單圖片使用XML進(jìn)行繪制，高清圖片則考慮縮略顯示，并在必要時進(jìn)行間隔離散采樣。

4 測試

在進(jìn)行測試時，使用研究者的小米手機(jī)進(jìn)行測試，主要配置為：Android版本為MIUI 14，處理器為高通驍龍8 Gen2 3.19 GHz，內(nèi)核版本為5.15.74-an?droid13-8-00049，KMI版本為5.15-android13-8。

功能測試方面，測試項主要包括按鈕與鏈接測試、頁面跳轉(zhuǎn)測試及分頁查詢顯示測試。對系統(tǒng)所有的按鈕和鏈接逐一點擊測試后，發(fā)現(xiàn)點擊所有按鈕后均能得到預(yù)期響應(yīng)，點擊鏈接均可正確跳轉(zhuǎn)至預(yù)期頁面；在每個設(shè)置了分頁顯示之處，均能根據(jù)用戶選擇的數(shù)目分頁顯示。

性能測試方面，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、容錯性、安全性以及壓力容量等方面進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如表1所示。

在對學(xué)生校園系統(tǒng)進(jìn)行功能測試、性能測試后，從測試結(jié)果可以看出整體符合預(yù)期：功能方面滿足基本使用需求，性能方面容錯性良好、具有較高的安全性，且能夠容忍高強(qiáng)度使用壓力。

5 總結(jié)

在對學(xué)生校園系統(tǒng)進(jìn)行功能測試、性能測試后，從測試結(jié)果可以看出整體符合預(yù)期：功能方面滿足基本使用需求，性能方面容錯性良好、具有較高的安全性，且能夠容忍高強(qiáng)度使用壓力。5 總結(jié)

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】