周志敏，岳國(guó)英，陳忠文，毛 輝

(浙江水利水電專(zhuān)科學(xué)校計(jì)算機(jī)與信息工程系 杭州310018)

1 引言

Internet的發(fā)展為各種跨區(qū)域應(yīng)用需求提供了基礎(chǔ)，基于Web的應(yīng)用系統(tǒng)越來(lái)越多，使得網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸效率成為瓶頸。隨著Web應(yīng)用的普及和發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸效率越來(lái)越關(guān)注，期望越來(lái)越高，Web應(yīng)用與數(shù)據(jù)傳輸效率之間的矛盾也越來(lái)越突出。因此，使應(yīng)用程序按需、高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是Web應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)人員需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一[1,2]。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)傳輸效率問(wèn)題并沒(méi)有統(tǒng)一的答案，因此，數(shù)據(jù)傳輸策略也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。從應(yīng)用目的角度出發(fā)，不同的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)傳輸效率的要求也不一樣。例如，對(duì)于銀行、證券等應(yīng)用系統(tǒng)，會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠性放在首位，其次才是?shù)據(jù)的傳輸速度；而在一些以信息服務(wù)為主的應(yīng)用系統(tǒng)中，會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸速度（響應(yīng)速度）放在首位。但是，無(wú)論怎樣的應(yīng)用系統(tǒng)，肯定是既要考慮數(shù)據(jù)的安全性、可靠性，又要考慮數(shù)據(jù)的傳輸速度，本文重點(diǎn)討論后者。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)角度的數(shù)據(jù)傳輸策略

Web應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要以數(shù)據(jù)庫(kù)方式存儲(chǔ)。合理的數(shù)據(jù)建模、恰當(dāng)?shù)牟樵冋Z(yǔ)句都可以提高應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率。從數(shù)據(jù)庫(kù)角度考慮，影響數(shù)據(jù)傳輸效率的因素與對(duì)策主要有以下幾點(diǎn)。

（1）優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模時(shí)，既要遵循數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的規(guī)范化要求，又要考慮具體的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的要求，從而合理地設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以快捷高效地組織與管理數(shù)據(jù)。

（2）合理設(shè)計(jì)索引

利用索引可以提高數(shù)據(jù)查詢的效率，特別是在數(shù)據(jù)量大的表中效果尤為明顯。對(duì)于經(jīng)常作為查找關(guān)鍵字的屬性，DBA（data base administrator）應(yīng)將其作為索引關(guān)鍵字建立索引。但是不管是聚簇索引還是非聚簇索引，都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)排序（不同的是，前者是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行物理重排，故一個(gè)表中只能有一個(gè)聚簇索引；后者是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯重排，故一個(gè)表中允許有多個(gè)非聚簇索引）。所以，當(dāng)對(duì)表進(jìn)行增、刪、改時(shí)，表中的數(shù)據(jù)都會(huì)根據(jù)索引關(guān)鍵字重新排序，這會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。因此，對(duì)于頻繁修改或重復(fù)值較多的屬性，不宜作為索引關(guān)鍵字。

（3）合理地使用視圖

視圖是由若干個(gè)表或視圖組成的一個(gè)邏輯表。為不同的應(yīng)用合理地設(shè)計(jì)視圖，不僅可以過(guò)濾掉不必要的數(shù)據(jù)項(xiàng)（在某種程度上加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性），避免程序員對(duì)數(shù)據(jù)組織不必要的理解難度，加強(qiáng)DBA和程序員的數(shù)據(jù)使用職責(zé)，而且可以簡(jiǎn)化應(yīng)用程序中的SQL語(yǔ)句，減少服務(wù)器端執(zhí)行SQL的響應(yīng)時(shí)間，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

（4）合理地使用主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和深入發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主動(dòng)服務(wù)的要求越來(lái)越多[3,4]。各種DBMS產(chǎn)品也都具有不同程度的主動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)功能。這些功能按一定條件觸發(fā)并自動(dòng)在DB Server上執(zhí)行，減少了應(yīng)用程序與DB Server的通信次數(shù)，從而提高數(shù)據(jù)處理的響應(yīng)速度。

3 應(yīng)用系統(tǒng)角度的數(shù)據(jù)傳輸策略

通常Web應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)由客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成的3層結(jié)構(gòu)[5]，如圖1所示。Web應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程一般是根據(jù)從客戶端采集的用戶需求，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)得到數(shù)據(jù)集，在應(yīng)用服務(wù)器上組織數(shù)據(jù)，然后在客戶端進(jìn)行頁(yè)面顯示。

3.1 合理設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程執(zhí)行方案

根據(jù)圖1，針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行方案有3種：方案1是將其放在“應(yīng)用程序”層中；方案2是將其放在“ORDBMS(object relational data base management system)”層中；方案3是將其部分放在“應(yīng)用程序”層，部分放在“ORDBMS”層。

對(duì)于方案1，由于對(duì)業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行動(dòng)作全部放在“應(yīng)用程序”層中，不僅使得系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作只能在被動(dòng)服務(wù)狀態(tài)下完成，而且所有數(shù)據(jù)都需要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，數(shù)據(jù)傳輸占用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)較大。

對(duì)于方案2，當(dāng)業(yè)務(wù)流程需要主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)時(shí)，采用觸發(fā)器完成，不需要應(yīng)用程序調(diào)用（即與應(yīng)用程序無(wú)關(guān)）[6,7]；當(dāng)業(yè)務(wù)流程不需要主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)時(shí)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象存儲(chǔ)過(guò)程完成，使其成為應(yīng)用程序調(diào)用的一個(gè)外部過(guò)程，這樣就可以將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程全部封裝在“ORDBMS”層中。如此，不僅可以充分利用“ORDBMS”的主動(dòng)服務(wù)性能，使得業(yè)務(wù)流程具有邏輯獨(dú)立性，便于系統(tǒng)的維護(hù)[8]；同時(shí)，由于系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端完成，減小了網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷(xiāo)，加強(qiáng)了系統(tǒng)安全，提高了應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率。

對(duì)于方案3，可以將數(shù)據(jù)量特大的業(yè)務(wù)流程放在“應(yīng)用程序”層，處理時(shí)將其分解為若干個(gè)數(shù)據(jù)分組分別傳輸，以均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載（如果這些數(shù)據(jù)整體傳輸，可能會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間堵塞）。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸量不大、傳輸次數(shù)單一的業(yè)務(wù)流程，也可以放在“應(yīng)用程序”層。而對(duì)于一般的業(yè)務(wù)流程，應(yīng)該放在“ORDBMS”層，以減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

3.2 合理設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程執(zhí)行中的數(shù)據(jù)傳輸方案

定義1（交易）用戶為某一需求對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行操作，應(yīng)用程序成功地執(zhí)行了此操作，并將操作結(jié)果反饋給用戶，將該過(guò)程稱為一次交易（或一筆交易）。交易是最小的用戶需求確定的一次業(yè)務(wù)流程。

定義2（數(shù)據(jù)）在交易中，當(dāng)數(shù)據(jù)是通過(guò)SQL命令獲取時(shí)，將一條SQL命令獲取的數(shù)據(jù)稱為一種數(shù)據(jù)。

一筆交易往往從頁(yè)面采集用戶提供的數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序做出判斷，如果用戶提供的數(shù)據(jù)正確，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取用戶需要的數(shù)據(jù)，然后傳給客戶端組織頁(yè)面進(jìn)行顯示。這個(gè)過(guò)程按數(shù)據(jù)傳輸批次可分為多批次傳輸和單批次傳輸兩種。

定義3（ADMP方法）對(duì)于一筆交易所需要的n（n>0）種數(shù)據(jù)，若應(yīng)用程序分為n次向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求，數(shù)據(jù)庫(kù)將每次數(shù)據(jù)處理的結(jié)果依次傳給應(yīng)用程序。這種數(shù)據(jù)請(qǐng)求、處理與傳輸?shù)倪^(guò)程稱為多批次處理方法，簡(jiǎn)記為ADMP方法。

一筆交易數(shù)據(jù)采用ADMP方法的流程如圖2所示。

在ADMP處理方法中，n種數(shù)據(jù)請(qǐng)求形成一個(gè)等待隊(duì)列。數(shù)據(jù)庫(kù)接受一個(gè)數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求時(shí)，應(yīng)用程序處于等待狀態(tài)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器處理完一個(gè)請(qǐng)求，需要將結(jié)果傳輸給應(yīng)用程序，應(yīng)用程序繼續(xù)執(zhí)行，再向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)出下一個(gè)數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求，服務(wù)器再處理，依次處理n個(gè)請(qǐng)求，直至數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求隊(duì)列為空，并且將結(jié)果傳輸給應(yīng)用程序，應(yīng)用程序再將結(jié)果傳遞給客戶端組織頁(yè)面進(jìn)行顯示，本次交易結(jié)束。

定義4（ADSP方法）對(duì)于一筆交易所需要的n（n>0）種數(shù)據(jù)，若應(yīng)用程序只向服務(wù)器發(fā)出一次請(qǐng)求，將該交易需要的所有數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)用事先在數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)計(jì)好的存儲(chǔ)過(guò)程進(jìn)行處理，然后將結(jié)果整體回傳給應(yīng)用程序。這種數(shù)據(jù)請(qǐng)求、處理與傳輸?shù)倪^(guò)程稱為單次處理方法，簡(jiǎn)記為ADSP方法。

ADSP方法需要DBA將這筆交易所需要的全部數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，在數(shù)據(jù)庫(kù)中形成一個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程PRO(x1,x2,…)（一種數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象）。交易時(shí)，應(yīng)用程序只需要調(diào)用該存儲(chǔ)過(guò)程，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器會(huì)將交易所需要的全部數(shù)據(jù)一次性傳輸給應(yīng)用程序。其流程如圖3所示。

4 數(shù)據(jù)傳輸策略分析與實(shí)踐

在上述討論的諸策略中，合理地設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)劃應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理方案，對(duì)提高數(shù)據(jù)傳輸效率非常重要。這些與DBA、系統(tǒng)分析師、軟件設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，而且沒(méi)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和有效的度量方法，只有靠技術(shù)人員的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸策略，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。但業(yè)務(wù)流程中的數(shù)據(jù)傳輸單位是可以定義的，而且軟件開(kāi)發(fā)人員可以界定，這里將針對(duì)ADMP方法和ADSP方法進(jìn)行時(shí)間復(fù)雜度分析，并通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行比較。

設(shè)一筆交易涉及n種數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行一次通信需要準(zhǔn)備、確認(rèn)、等待、傳輸?shù)?，合?jì)時(shí)間為t0。對(duì)于第k種數(shù)據(jù)的處理請(qǐng)求，數(shù)據(jù)處理所需要的時(shí)間記為tk，將處理結(jié)果傳輸給應(yīng)用程序所需要的時(shí)間記為Δtk。采用ADMP方法所需的總時(shí)間記為T(mén)1；采用ADSP方法時(shí)，傳輸結(jié)果數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間為Δt，所需的總時(shí)間記為T(mén)2。記，則有：

可見(jiàn)，采用ADSP方法時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸準(zhǔn)備的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)；采用ADMP方法時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)傳輸準(zhǔn)備的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。另外，T0是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器準(zhǔn)備交易數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，是一個(gè)定值，兩種方法所需時(shí)間相同。根據(jù)交易的定義，一般情況下Δt遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于（除非一筆交易所需要的數(shù)據(jù)量大到網(wǎng)絡(luò)傳輸困難，此種交易可考慮分多次處理）。因此，以交易為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以明顯提高系統(tǒng)效率。實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了此結(jié)論。

筆者在開(kāi)發(fā) “基于Web的技術(shù)職稱申報(bào)與評(píng)審系統(tǒng)”時(shí)，對(duì)一些交易，首先采用ADMP方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)現(xiàn)時(shí)間響應(yīng)不滿足要求后，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，采用ADSP方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸效果比較明顯。對(duì)同一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用不同數(shù)據(jù)傳輸方法對(duì)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了比較，結(jié)果見(jiàn)表1。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文討論了Web應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸策略與效率問(wèn)題，列舉了影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蛩睾蛯?duì)應(yīng)策略。DBA、系統(tǒng)分析師、軟件設(shè)計(jì)師的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸策略有很大影響，需要軟件設(shè)計(jì)與研發(fā)人員認(rèn)真研究，確定合理的方案。本文給出了ADMP和ADSP兩種數(shù)據(jù)傳輸方法的定義，從理論角度分析了兩種方法的時(shí)間復(fù)雜度，并通過(guò)實(shí)例對(duì)兩種傳輸方案進(jìn)行了比較。證明了在一筆交易有多種數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)ADSP方法的高效性，該方法對(duì)提高Web應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸效率有明顯的效果。

表1 采用ADMP和ADSP方法的傳輸效率比較

1 許富龍，劉明，龔海剛等.延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)基于相對(duì)距離的數(shù)據(jù)傳輸.軟件學(xué)報(bào),2010，21（3）：499～501

2 Pasztor B,Musolesi M,Mascolo C.Opportunistic mobile sensor data collection with SCAR.Proceedings of the 4th IEEE Int’l Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Systems,Piscataway,IEEE Press,2007:1～12

3 李慶忠，王海洋，姜躍平等.一種改進(jìn)的主動(dòng)規(guī)則的系統(tǒng)執(zhí)行模型分析.軟件學(xué)報(bào),2002,13(1):111～116

4 孫明，姜躍平，董繼潤(rùn).支持復(fù)合事件的主動(dòng)規(guī)則的可終止性分析.計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，1998,5(5):460～463

5 Guoying Yue,Sukui Lu,Ke Lu,et al.Application research of active database in MIS.International Conference of Management Engineering and Information Technology,2009

6 張峰，張莉莉.觸發(fā)器在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的應(yīng)用研究.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2008,30(5):156～158

7 熊中敏，郝忠孝.含有非獨(dú)立型觸發(fā)環(huán)的主動(dòng)規(guī)則集歸約算法研究.計(jì)算機(jī)科學(xué),2006,33(6):163～167

8 李紅燕，李戰(zhàn)懷，唐世渭.ORDBMS中主動(dòng)性規(guī)則的研究與實(shí)現(xiàn).軟件學(xué)報(bào),2001,12(9):1 329～1 335