利用緩存預(yù)取技術(shù)優(yōu)化在線考試系統(tǒng)

　　隨著計算機科技的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用的日益普及，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和在線考試系統(tǒng)已逐步成為傳統(tǒng)教學(xué)、考試模式的有效補充。該文基于J2EE平臺討論構(gòu)建在線考試系統(tǒng)，并論述利用緩存預(yù)取一體化技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)性能。

　　《中國電子科學(xué)研究院學(xué)報》(雙月刊)創(chuàng)刊于1990年，由中國電子科學(xué)研究院主辦。主要發(fā)表電子信息系統(tǒng)研發(fā)和綜合集成領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)和學(xué)術(shù)研究論文。聘請行業(yè)內(nèi)工程院院士等資深專家以及近年來在此領(lǐng)域內(nèi)卓有成就的中年專家組成編委會。辦刊宗旨：注重研究成果，提高理論水平。

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)科技日新月異的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育培訓(xùn)由于其不受時間和空間的限制，規(guī)模不斷發(fā)展壯大，已成為教育培訓(xùn)中不可或缺的重要組成部分。利用網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)平臺學(xué)員可自主制定培訓(xùn)計劃，即可以順利完成培訓(xùn)任務(wù)又不會影響其正常的工作和生活。在線考試系統(tǒng)作為檢驗培訓(xùn)效果的重要工具，開發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。但基于大規(guī)模用戶并發(fā)訪問的考試系統(tǒng)，在實際應(yīng)用過程中還是會存在一些問題。想要提升優(yōu)化考試系統(tǒng)性能，當(dāng)應(yīng)對大規(guī)模用戶并發(fā)訪問時，就要求系統(tǒng)有較高地穩(wěn)定性和較快的響應(yīng)速度。

　　本文基于J2EE平臺討論構(gòu)建在線考試系統(tǒng)，并通過對比分析，討論緩存和預(yù)取技術(shù)對優(yōu)化考試系統(tǒng)f生能所起到的積極作用。

　　1應(yīng)用技術(shù)

　　開發(fā)在線考試系統(tǒng)的主要目的是借助互聯(lián)網(wǎng)搭建考試平臺，使得用戶可以通過直接訪問互聯(lián)網(wǎng)參加考試，從而打破傳統(tǒng)考試模式對時間和空間的限制。系統(tǒng)開發(fā)使用J2EE平臺，采用MVC設(shè)計模式、B/S結(jié)構(gòu)，使用技術(shù)包括：JAVA、Ajax，數(shù)據(jù)庫選用SQLserver2008。

　　1.1MVC模式概述

　　MVC(Model-View-Controller模型-視圖-控制器)是一種設(shè)計模式，可以實現(xiàn)模型和視圖的代碼分離。在MVC中輸入、處理、輸出互相分離，整個系統(tǒng)分為：模型、視圖、控制器三個模塊。

　　1.2Ajax技術(shù)簡介

　　Ajax(Asynchmnous JavaScript And XML異步JavaScript和XML)，它通過Ajax引擎工作，使得客戶端只和服務(wù)器進(jìn)行少量的數(shù)據(jù)交換，例如頁面顯示等信息不必重復(fù)加載，而是對部分重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，從而實現(xiàn)網(wǎng)頁異步更新。

　　在傳統(tǒng)的交互方式中，用戶向服務(wù)器發(fā)送一個HTTP請求，例如點擊鏈接或按鈕，服務(wù)器響應(yīng)請求完成處理任務(wù)后返回一個HTML頁面給用戶，在服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)操作時，用戶只能空閑等待。在Ajax的異步存取模式中，用戶在等待服務(wù)器處理數(shù)據(jù)、響應(yīng)操作的過程中仍然可以進(jìn)行其他操作，節(jié)省了時間、提升了效率。服務(wù)器完成了響應(yīng)操作之后，Ajax引擎通過函數(shù)將處理結(jié)果顯示給用戶。

　　2系統(tǒng)需求分析及設(shè)計

　　2.1系統(tǒng)需求分析

　　需求分析是整個系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵一環(huán)，也是最先進(jìn)行的環(huán)節(jié)。在線考試系統(tǒng)的開發(fā)目的是利用互聯(lián)網(wǎng)科技，建立考試平臺。命題者可以通過平臺設(shè)置、發(fā)布考試試題;參考者通過平臺在線學(xué)習(xí)及報名參加考試，而不必在統(tǒng)一地點集中考試，該種學(xué)習(xí)、考試形式更適用于網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn);閱卷者可以通過平臺進(jìn)行閱卷，平臺也具備客觀題自主閱卷的功能;通過平臺也可以發(fā)布考試信息、考試結(jié)果、考試分析等信息。

　　系統(tǒng)基本功能模塊：1)在線學(xué)習(xí)模塊、2)命題組卷模塊、3)在線考試模塊、4)閱卷模塊。

　　2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　系統(tǒng)采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，不需要專門安裝客戶端軟件，降低系統(tǒng)使用門檻，有助于系統(tǒng)的普及應(yīng)用及更新升級。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分：表示層、功能層、數(shù)據(jù)層三層。數(shù)據(jù)庫選用SQLServer2008。

　　(圖1)為系統(tǒng)三層體系結(jié)構(gòu)：

　　3緩存預(yù)取技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　作為在線考試系統(tǒng)，能否穩(wěn)定地支持大規(guī)模用戶并發(fā)訪問是衡量系統(tǒng)性能的一項重要標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的考試系統(tǒng)中，服務(wù)器承擔(dān)了大量的工作，而客戶端只負(fù)責(zé)簡單的人機交互。試題及用戶答案的保存、試題的解析和答案的匹配等工作都由服務(wù)器完成，這樣的布局使得服務(wù)器負(fù)擔(dān)過重，當(dāng)用戶訪問量急劇增加時，服務(wù)器壓力過大易出現(xiàn)問題而影響系統(tǒng)的正常工作。與此同時客戶端則處于閑置等待的狀態(tài)，造成資源利用率低下。為了改善系統(tǒng)性能可以考慮升級服務(wù)器或采用服務(wù)器集群，但這樣勢必會增加系統(tǒng)成本。本文考慮充分挖掘客戶端資源，利用緩存與預(yù)取相結(jié)合的技術(shù)，將部分適宜由客戶端完成的工作交由客戶端處理，減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，提升系統(tǒng)效率。

　　3.1系統(tǒng)緩存

　　緩存技術(shù)的提出目的是解決系統(tǒng)運算和系統(tǒng)存儲過程的時間差異。在考試系統(tǒng)實際運行過程中，緩存主要是由客戶端先從服務(wù)器端獲取所必需的數(shù)據(jù)信息，之后暫停與服務(wù)器之間的通信，直到下一次信息的獲取。緩存主要分為三類：服務(wù)器端緩存數(shù)據(jù)、代理端緩存服務(wù)器端數(shù)據(jù)、客戶端緩存數(shù)據(jù)。為了盡可能緩解服務(wù)器壓力，開發(fā)客戶端的運算能力，轉(zhuǎn)換服務(wù)器的角色，當(dāng)大規(guī)模用戶并發(fā)訪問時段，服務(wù)器僅僅充當(dāng)一個分發(fā)及收集用戶數(shù)據(jù)的角色，關(guān)于數(shù)據(jù)的運算分析交由客戶端執(zhí)行。用戶登陸系統(tǒng)以后將用戶試題下載到客戶端，暫停和服務(wù)器之間的通信，所有試題的解析及用戶答案的匹配都在客戶端進(jìn)行，用戶完成部分答題后將答案轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)格式傳輸?shù)椒��?wù)器，并由服務(wù)器存儲到用戶數(shù)據(jù)庫中。在執(zhí)行過程中，盡可能提升了客戶端的利用效率，減輕了服務(wù)器的壓力，當(dāng)大規(guī)模用戶并發(fā)訪問時，服務(wù)器的負(fù)載也只是適當(dāng)增加，不會造成系統(tǒng)運算量和存儲量過快增加。

　　下面以用戶翻頁操作為例，分析緩存技術(shù)對服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響。(圖2)

　　通過對比分析，采取緩存技術(shù)可以節(jié)省分析答案并匹配的時間，另外，部分答案內(nèi)容也不需傳輸至服務(wù)器。因此，適度開發(fā)客戶端的運算能力即節(jié)約了時間、減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，也提升了整個系統(tǒng)的工作效率。

　　3.2系統(tǒng)預(yù)取

　　單純依靠緩存技術(shù)，在試題內(nèi)容不是很多的時候可以緩存全部試題和答案。當(dāng)試題量很大的時候只能對部分內(nèi)容進(jìn)行緩存，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)時間，可以通過預(yù)取技術(shù)對系統(tǒng)下一步需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，提前進(jìn)行緩存。通過預(yù)取和緩存技術(shù)相結(jié)合減少了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提升了客戶端資源的利用率。

　　(圖3)有無預(yù)取技術(shù)工作流程對比

　　通過分析對比，采用預(yù)取技術(shù)可以大大節(jié)省系統(tǒng)的響應(yīng)時間，改善用戶體驗。

　　3.3緩存預(yù)取一體化

　　用戶在實際使用考試系統(tǒng)的過程中，往往是按照一定規(guī)律進(jìn)行答題和檢查。我們可以通過預(yù)測用戶的答題順序，根據(jù)緩存實際容量的大小將用戶正在使用和即將會使用到內(nèi)容先預(yù)取到緩存中。當(dāng)緩存內(nèi)容過滿時，將使用幾率較低的頁面從緩存中移除。通過緩存和預(yù)取一體化技術(shù)盡可能地提升系統(tǒng)資源的利用率，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，便于應(yīng)對大規(guī)模用戶并發(fā)訪問。

　　4結(jié)束語

　　構(gòu)建在線考試平臺，能夠突破傳統(tǒng)教學(xué)考試模式對時間和空間的限制，節(jié)省了大量的社會資源。但由于系統(tǒng)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)帶寬等多方面因素的影響，系統(tǒng)在實際使用過程中還是會受到種種制約。為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，改善用戶體驗，本文討論主動預(yù)取與被動緩存相結(jié)合的設(shè)計思路。盡可能地開發(fā)客戶端的運算能力，將能夠由客戶端完成的工作交由客戶端負(fù)責(zé)完成，使得當(dāng)大規(guī)模用戶并發(fā)訪問的時候，系統(tǒng)不會由于服務(wù)器本身負(fù)擔(dān)過重而導(dǎo)致響應(yīng)緩慢甚至系統(tǒng)癱瘓。適度開發(fā)客戶端的運算能力對客戶端本身的配置要求并不是太高，在不大量增加系統(tǒng)投入的情況下，通過策略調(diào)整提升系統(tǒng)穩(wěn)定性及增強系統(tǒng)工作效率。