李隘優(yōu)

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 龍巖364021）

在線考試系統(tǒng)是高校校園數(shù)字化建設(shè)項(xiàng)目中教學(xué)管理信息化平臺(tái)的一個(gè)重要組成部分.在線考試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可輔助高校組織考試，對(duì)考試工作進(jìn)行系統(tǒng)化、科學(xué)化管理，真正實(shí)現(xiàn)用較小的代價(jià)為學(xué)校提供較高性能、標(biāo)準(zhǔn)化的考試管理服務(wù)，減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而為高校培養(yǎng)高端技能型人才提供了必要的保障［1］.

但是，現(xiàn)有在線考試系統(tǒng)安全性較差，并發(fā)控制較薄弱，且可靠性不強(qiáng).因此，研發(fā)一款能滿足在線考試，且擴(kuò)展性強(qiáng)、安全性高、可靠性強(qiáng)和運(yùn)行效率高的在線考試系統(tǒng)，是非常迫切的.其中，優(yōu)化B／S在線考試系統(tǒng)的并發(fā)性和可靠性，是解決當(dāng)前問題的重中之重.

1 在線考試系統(tǒng)的并發(fā)性優(yōu)化策略

1.1 并發(fā)性概述

所謂并發(fā)性，是指在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，同時(shí)有2個(gè)或者2個(gè)以上的事件發(fā)生.其中的很多事件是隨機(jī)同時(shí)發(fā)生的，這類事件稱為并發(fā)事件［2］.一般情況下，在B／S系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在服務(wù)器和客戶機(jī)中來回傳輸，數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性要求較高，相關(guān)操作非常頻繁，故存在著較多的不同層次的并發(fā)事件.

并發(fā)事件的多少是衡量一個(gè)系統(tǒng)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn).一般情況下，B／S系統(tǒng)能承載的并發(fā)事件越多，系統(tǒng)的性能就越好.因此，在進(jìn)行B／S系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能地對(duì)其并發(fā)性進(jìn)行挖掘和控制，以不斷提高其并發(fā)控制能力.提高B／S系統(tǒng)并發(fā)性的主要措施分為3類：時(shí)間重疊、資源重復(fù)和資源共享［2］.

1.2 系統(tǒng)并發(fā)控制的實(shí)現(xiàn)

在線考試模塊中，同時(shí)參加考試的用戶數(shù)較多，少則數(shù)十人，多則幾百甚至上千人，這就對(duì)系統(tǒng)的并發(fā)控制提出了更高的要求.因此，如何對(duì)在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略進(jìn)行優(yōu)化，提升服務(wù)器的性能，是必須解決的問題.

經(jīng)過分析，在在線考試系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，致使服務(wù)器響應(yīng)慢甚至死機(jī)的主要因素包括：自動(dòng)組卷的算法、同時(shí)在線的考生數(shù)和考生考試時(shí)提交至服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)量和操作量.針對(duì)這些因素，本文采用以下幾種方法來提高系統(tǒng)的并發(fā)控制能力.

1.2.1 基于二級(jí)存儲(chǔ)策略的并發(fā)控制

目前，有些考試系統(tǒng)將考生作答的信息存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中.此方法存在的不足是：每間隔較短的時(shí)間就將考試信息寫入到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)多人同時(shí)參加考試時(shí)，高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問給系統(tǒng)帶來較大的負(fù)載，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致服務(wù)器崩潰.有些考試系統(tǒng)將考生作答的信息存儲(chǔ)在客戶端中.此方法存在的不足是：①當(dāng)考試時(shí)間結(jié)束時(shí)，由于大多數(shù)考生集中交卷，帶來瞬間的高并發(fā)數(shù)據(jù)訪問，系統(tǒng)開銷巨大；②有些客戶端安裝了還原卡，保存在客戶機(jī)上的數(shù)據(jù)會(huì)因重啟而丟失，因此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在客戶端并不安全［3］.本文提出了二級(jí)存儲(chǔ)策略的并發(fā)控制方法，用來解決系統(tǒng)的并發(fā)控制問題.

所謂二級(jí)存取策略，就是指考生的答題數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在客戶端，然后定期更新至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，從而解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的并發(fā)問題，且在一定程度上保證了數(shù)據(jù)的可靠性.具體流程如下：

（1）采用 UserData Behavior技術(shù)，通過JavaS－cript將考試信息以XML格式寫入到UserData存儲(chǔ)區(qū)中，這些數(shù)據(jù)不會(huì)因重啟而丟失.

（2）每間隔一段時(shí)間（此時(shí)間可設(shè)置稍長，如10min，以避免服務(wù)器操作過于頻繁），調(diào)用更新檢測和保存數(shù)據(jù)函數(shù)，將客戶端UserData存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入服務(wù)器對(duì)應(yīng)的表中.

（3）如系統(tǒng)掉電或死機(jī)后重啟客戶端，重新登錄考試系統(tǒng)，調(diào)用UserData Behavior的getAttribute（）方法讀取客戶端UserData存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)，恢復(fù)到斷點(diǎn)前的狀態(tài).

（4）重啟后，如系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)客戶端UserData存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)為空，則自動(dòng)讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場恢復(fù).這樣就解決了安裝還原卡的客戶機(jī)重啟后數(shù)據(jù)丟失的問題.

1.2.2 服務(wù)端生成靜態(tài)頁面的并發(fā)控制方法

一般情況下，考生進(jìn)入考試系統(tǒng)需要在客戶端生成JSP頁面，其生成過程是邊解析邊執(zhí)行［4］.此方法的不足是：解析JSP的時(shí)間較長，導(dǎo)致服務(wù)器的開銷較大；同時(shí)在線的考生數(shù)較多時(shí)，系統(tǒng)訪問速度過慢，甚至崩潰.本文采用服務(wù)端生成靜態(tài)頁面的方法，以解決客戶端生成JSP頁面帶來的不足.

服務(wù)端生成靜態(tài)頁面方法的基本思想是：

（1）服務(wù)器通過調(diào)用JavaBean函數(shù)生成頁面信息（如頁面內(nèi)容、布局等）字符串.

（2）在JSP文件中調(diào)用頁面信息字符串，并生成HTML格式的頁面.

1.2.3 降低服務(wù)器數(shù)據(jù)更新量的并發(fā)控制方法

當(dāng)更新服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的答題表時(shí)，多數(shù)考試系統(tǒng)在服務(wù)器中對(duì)需要更新的字段進(jìn)行判斷，如該字段已有信息，則進(jìn)行替換操作，否則進(jìn)行插入操作.這種方法的不足是：在更新數(shù)據(jù)之前，需要在服務(wù)器中進(jìn)行判斷，導(dǎo)致提交的數(shù)據(jù)量劇增，服務(wù)器性能在高并發(fā)下明顯下降甚至死機(jī)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)更新失?。?］.為此，本文提出降低服務(wù)器數(shù)據(jù)更新量的方法，用來提高系統(tǒng)的并發(fā)控制能力.

所謂降低服務(wù)器數(shù)據(jù)更新量，是指在客戶端中利用JavaScript腳本對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)更新情況進(jìn)行判斷，直接將要更新的信息寫入數(shù)據(jù)庫答題表相應(yīng)字段中.用此方法代替原來在服務(wù)器中進(jìn)行判斷的做法，減少了提交至服務(wù)器的判斷信息，減輕了服務(wù)器的工作負(fù)擔(dān)，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的并發(fā)控制能力.具體算法過程如下：

（1）客戶端

①根據(jù)題量的規(guī)模來定義數(shù)組；

②寫入數(shù)據(jù)前與已定義的數(shù)組對(duì)應(yīng)值進(jìn)行匹配，若該字段已有數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)賦值給數(shù)組中對(duì)應(yīng)的變量；

③用iFrame技術(shù)，提交在線考試頁面的部分?jǐn)?shù)據(jù)（如試卷號(hào)，考生號(hào)等）.

（2）服務(wù)器

①將待寫入的數(shù)據(jù)信息構(gòu)成數(shù)組；

②通過Hibernate，用數(shù)據(jù)信息數(shù)組中的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新.

1.2.4 錯(cuò)開時(shí)間分批開始考試的并發(fā)控制方法

在考生數(shù)量龐大的情況下，同時(shí)開始考試會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)載迅速達(dá)到峰值，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓.為降低服務(wù)器的壓力，系統(tǒng)采用錯(cuò)開時(shí)間分批開考的方法.具體流程為：用戶進(jìn)入考試系統(tǒng)，點(diǎn)開始考試后，在服務(wù)器端的考試時(shí)間中加上一個(gè)隨機(jī)延時(shí)時(shí)間（如0～60s，此時(shí)間可在考試管理中修改），返回給客戶端的計(jì)時(shí)器函數(shù)處理；當(dāng)這個(gè)時(shí)間減少至考試時(shí)間時(shí)，考生才可以進(jìn)行答題.

各考生的考試計(jì)時(shí)由系統(tǒng)倒計(jì)時(shí)來實(shí)現(xiàn)，總時(shí)間相同，不存在先考占優(yōu)的情況.因此，此方法降低了服務(wù)器的瞬間負(fù)載，提高了系統(tǒng)的并發(fā)控制能力.

2 在線考試系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化策略

所謂可靠性，是指系統(tǒng)在受外部條件作用下能否保證正常運(yùn)行的一個(gè)衡量指標(biāo)，這種外部條件包括軟、硬件的故障等.當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，故障的轉(zhuǎn)移和斷點(diǎn)的恢復(fù)是可靠性必須考慮的問題.

在線考試時(shí)，可能出現(xiàn)人為或非人為的非法操作情況，如考生故意關(guān)機(jī)（以爭取比正常操作更多的答題時(shí)間）、掉電和死機(jī)等.此類情況嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，且有失考試的公平性.

針對(duì)在線考試的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合系統(tǒng)可靠性的特點(diǎn)，本文提出了以下解決方案：

2.1 考生故意關(guān)機(jī)爭取更多答題時(shí)間的解決辦法

目前，大多考試系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，計(jì)時(shí)器會(huì)暫停.重啟計(jì)算機(jī)，進(jìn)入系統(tǒng)后會(huì)在已用時(shí)間的基礎(chǔ)上繼續(xù)計(jì)時(shí).這樣就給了考生可乘之機(jī)，如考生遇到難度較高的題目時(shí)，記下題目，關(guān)機(jī)作答，等完成答案后，再重啟計(jì)算機(jī)，進(jìn)入系統(tǒng)填寫答案，從而能爭取到更多的答題時(shí)間.本文提出雙計(jì)時(shí)認(rèn)證的方法，用來解決考生故意關(guān)機(jī)爭取更多答題時(shí)間的問題.

所謂雙計(jì)時(shí)認(rèn)證，是指開考計(jì)時(shí)和考試中的實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)相結(jié)合來認(rèn)定考生的已用考試時(shí)間.具體算法流程如下：

（1）考生登錄后，系統(tǒng)進(jìn)行抽題，并為每一個(gè)考生新建一個(gè)答題表，用于答題.其中Examtime字段用于保存該次考試的限定時(shí)間，Starttime字段用于保存開考時(shí)間，Currenttime字段用于保存系統(tǒng)運(yùn)行的當(dāng)前時(shí)間.

（2）當(dāng)考生點(diǎn)擊開始考試時(shí)，系統(tǒng)讀取服務(wù)器的時(shí)間，并記錄在答題表的Starttime字段中.

（3）系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)地去獲取服務(wù)器的當(dāng)前時(shí)間，并更新到答題表的Currenttime字段中.

（4）當(dāng) Currenttime－Startime－Examtime＞5min（此值在系統(tǒng)管理端中可修改）時(shí)，系統(tǒng)強(qiáng)制提交考卷并結(jié)束考試.如遇特殊情況，導(dǎo)致用時(shí)超過設(shè)定值，考生繼續(xù)考試須進(jìn)行申請(qǐng)，并經(jīng)管理員在管理端設(shè)置允許延時(shí)后，才能進(jìn)行考試延時(shí).

通過以上方法，可以解決故意關(guān)機(jī)獲取更多答題時(shí)間的問題，也能對(duì)非人為故障導(dǎo)致考試系統(tǒng)終止考試的情況作出相應(yīng)的處理.

2.2 現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)的解決辦法

在線考試時(shí)，因斷電、死機(jī)等不可避免的因素造成計(jì)算機(jī)重啟，可能丟失考試現(xiàn)場和考試數(shù)據(jù)，嚴(yán)重?fù)p害考生的利益.因此，系統(tǒng)應(yīng)在現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)上提供充足的保障.以上在并發(fā)控制中提出的二級(jí)存儲(chǔ)策略，即可用于解決在線考試的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)問題.

（1）若客戶端沒有安裝還原卡，重啟計(jì)算機(jī)后，系統(tǒng)讀取UserData存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場恢復(fù).

（2）若客戶端已安裝還原卡，重啟計(jì)算機(jī)后，數(shù)據(jù)會(huì)丟失.這時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取服務(wù)器上的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場恢復(fù).

3 測 試

系統(tǒng)的性能測試主要包括連接速度、負(fù)載、壓力等測試.其中，連接速度測試是對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行的檢測；負(fù)載測試是系統(tǒng)在大量用戶同時(shí)且長時(shí)間操作的條件下，對(duì)服務(wù)器能否正常運(yùn)行及資源是否有很高的利用率進(jìn)行的檢測；壓力測試是在一定數(shù)量的用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問時(shí)，對(duì)系統(tǒng)及服務(wù)器的運(yùn)行情況進(jìn)行的檢測.本文采用LoandRunner作為測試工具，對(duì)在線考試系統(tǒng)進(jìn)行性能測試.

3.1 LoadRunner介紹

Loadrunner是一種預(yù)測系統(tǒng)行為和負(fù)載的性能測試工具，可以通過它來模擬成千上萬的用戶訪問系統(tǒng)，從而對(duì)B／S系統(tǒng)進(jìn)行并發(fā)負(fù)載和實(shí)時(shí)性能監(jiān)測，并自動(dòng)整理生成測試結(jié)果，便于測試員尋找被測系統(tǒng)的性能瓶頸，寫出測試報(bào)告［6］.

3.2 測試方案

本文主要對(duì)在線考試系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載測試和壓力測試.具體實(shí)施方案如下：

（1）模擬虛擬用戶的運(yùn)行場景，用200個(gè)并發(fā)用戶進(jìn)行負(fù)載測試，并分析測試結(jié)果.

（2）逐步加大負(fù)載壓力，用250個(gè)并發(fā)用戶進(jìn)行負(fù)載測試，并分析測試結(jié)果.

（3）當(dāng)系統(tǒng)測試性能指標(biāo)還正常時(shí)，繼續(xù)加大并發(fā)用戶的負(fù)載量（并發(fā)用戶數(shù)增量遞減），直至系統(tǒng)性能出現(xiàn)問題.

分析比較不同數(shù)量并發(fā)用戶下的負(fù)載壓力測試結(jié)果，當(dāng)該系統(tǒng)用到590個(gè)并發(fā)用戶時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)還正常，如圖1所示.

圖1 590個(gè)并發(fā)用戶同時(shí)訪問時(shí)的事務(wù)概要圖

但當(dāng)用到591個(gè)并發(fā)用戶時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有些用戶 的指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)Fail的現(xiàn)象，如圖2所示.

圖2 591個(gè)并發(fā)用戶同時(shí)訪問時(shí)的事務(wù)概要圖

綜上所述，該系統(tǒng)的并發(fā)用戶數(shù)可達(dá)590個(gè)，當(dāng)超過這個(gè)用戶數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)用戶被拒絕訪問的情況.

4 結(jié) 語

本文對(duì)在線考試系統(tǒng)的并發(fā)性和可靠性進(jìn)行了分析，提出了綜合改進(jìn)方案，并進(jìn)行了負(fù)載測試.結(jié)果表明，優(yōu)化后系統(tǒng)能承受較大并發(fā)的沖擊，可同時(shí)有590個(gè)用戶在線考試，在一定程度上提高了系統(tǒng)的并發(fā)性；解決了考生故意關(guān)機(jī)爭取更多考試時(shí)間和系統(tǒng)現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)問題，提高了系統(tǒng)的可靠性.該解決方案為其他B／S系統(tǒng)解決并發(fā)性和可靠性問題提供了參考.

［1］沈斌，李興國，鐘金宏，等.基于多隊(duì)列和多線程的短信實(shí)時(shí)并發(fā)控制算法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2008（4）：62－65.

［2］張敏霞.基于高并發(fā)及大數(shù)據(jù)量的B2B商務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（1）：41－44.

［3］沈斌，李興國，鐘金宏，等.基于多隊(duì)列和多線程的短信實(shí)時(shí)并發(fā)控制算法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2008（4）：62－65.

［4］郭新峰.新型考試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.電力學(xué)報(bào)，2005（2）：45－55.

［5］吳峻，聶勤務(wù).基于 Web的分布式數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)訪問策略研究［J］.微機(jī)發(fā)展，2004（4）：116－121.

［6］楊萍，李杰.利用LoadRunner實(shí)現(xiàn) Web負(fù)載測試的自動(dòng)化［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007（1）：242－244.