基于Python实现的业务数据分析系统

实验概况

实验目的：掌握设计、开发、测试、发布、调试经典三层架构软件的基本方法、工具和流程，理解层次体系结构风格基本原理、结构和特点。掌握设计系统时的“高内聚低耦合”的思想。背景及要求：

[综述研究背景：概述本项工作的研究或观察的理论基础，给出简明的理论或研究背景，一定要列举重要的相关文献。若可能指出存在问题：说明为什么要做这项工作；阐述研究目的：说明有别于他人的“主意”（此红色字体一条不做强行要求）。]

三层架构就是将整个业务应用划分为：表现层、业务逻辑层、数据访问层。区分层次的目的即为了“高内聚低耦合”的思想，在软件体系架构设计中，分层式结构是最常见，也是最重要的一种结构，三层架构软件系统为用户的数据传输、提取、储存创造了便利条件。在应用数据时，信息划分架构开发项目，对各层次之间的工作职责进行清晰规划，这样就降低了系统的维护风险。

具体任务如下：

结合课堂上讲授的“一个简单的用户信息查询程序三层逻辑架构”原理，参考以下链接中给出的 C#代码完成：

结合以下示例数据库或自选其他相当规模数据集，使用 Java 设计实现一个三层架构的业务数据分析系统。各逻辑层的功能如下：

表现层：包含输入、查询相关的控件以及数据图表的展示（如百分图，折线图）；业务逻辑层：数据处理、数据分析（不少于三项统计分析功能）、数据查询；

数据访问层：负责数据库的访问，主要职责为打开、关闭数据库、构建 SQL 查询、返回查询结果。

附：SqlServer 示例数据库 Northwind

附：上证 1999-2016 的某公司股票走势数据，构建其业务数据分析系统。

修改程序以适应三个逻辑层的分布式部署，要求三个逻辑分层分别部署于客户机（本机或手机）、AWS EC2 应用服务器和 AWC RDS 数据库服务器上（即多层 C/S 架构），部署完成后能通过公网 IP 访问该系统。

使用 RSA 或 Visio 等建模工具构建软件架构模型（UML 图），要求：

画出逻辑分层结构图；

画出每个逻辑层中所包含的核心构件（此处为类）；

画出每个逻辑层中构件（类）之间的关系，且要细化到聚合(Aggregation)、组成（Composition）关系并给出重数（如 1:1,1:*）；

画出系统部署结构图。

实验设计(给出你的实习内容的设计方案，可根据实际情况调整条目)

系统需求环境需求：

用户需要在 C:\Users\用户名.aws 目录下设置 credentials 和 config 文件，用以保存自己的 AWS 账号信息。

用户只需要在一个终端进行操作，不需要管剩下几层是怎么运作的。

功能需求：

系统需要分为三层，每一层的进程分别在不同的主机上运行，因此需要完成：

客户端明确的操作界面
业务逻辑层完成数据处理
数据访问层完成数据库的访问
完成三层之间的通信过程

各个程序需要部署在不同的主机质量需求：

在遇到错误指令或者系统内部发生错误后可以显示出来，不会因此导致程序崩溃。

架构设计

图 1 架构图

如图所示，我设置了5个构件，分别是访问AWS：该构件的主要功能是链接到AWS的SQS，完成消息的发送和接收。方法是通过python的 boto3库访问SQS，然后通过队列名称获得队列，将结果保存在消息列表中。在上一次实习的时候我也用到了这个功能，但是当时没有将他们封装到一个类中，这次就把他们封装了起来，调用起来异常舒适。

客户端：该构件的主要功能是向用户展示界面。由于本次实习我主要把精力投入在了业务的处理中，所以没有过多的展示界面…界面的逻辑很简单，就是三个按钮分别向业务处理层发送不同的消息。发送完消息后，就持续处于接收状态，接收数据处理层处理好的数据。

数据处理：数据处理层的功能有接收客户端的消息，访问数据库，处理来自数据库的数据，向客户端发送消息。在启动之后，数据处理层会持续地接收消息，只要收到消息就开始分析消息是要进行什么操作，然后据此选择要向数据库查询什么信息，也根据这个，对于数据库返回的信息也进行相应的处理，最终发送消息回到客户端。

链接Java

由于不会直接通过python链接AWS的数据库，因此选择了曲线救国的方式…先用java写好访问DB的jar包，然后python再去调用该jar包，通过调用jar包里面的函数，完成查询 sql语句的目的。

Java访问DB：

通过输入数据库的url和登录的用户名和密码，链接数据库，并且提供数据查询的服务。

接口设计

图2 接口设计图系统的主要接口是两部分，一部分是访问AWS的，一部分是访问数据库的。其中访问AWS：

提供向消息队列发送消息，得到消息，删除消息的功能。

访问数据库：提供链接数据库，查询数据库语句的功能。这些接口的作用分别是链接客户端和业务逻辑层之间的消息交互，以及业务逻辑层和数据访问层的消息交互。

实验过程

软件实现

本系统使用了三层架构的框架，系统开发的过程是先设计好框架，然后再根据框架所需要实现的类，功能，和接口，一步步地完成的。在开发的时候使用了迭代递增的方式，每次都只完成特定的构件，调试的没有问题，以及完成了一定的扩展性后，再向后进行开发，或者将该构件添加到模块中进行测试，最终一步步地由一个个小的模块搭建出总体的模块。

实验环境

处理器： i7-7700HQ 操作系统：windows10 开发语言：python ，java 服务器：AWS 实验场景：宿舍

实验步骤

封装访问SQS和访问数据库的功能，分别由python和java的语言完成。如上面所说，这两个接口都要提供访问和返回数据的功能，经过测试无误后进行下一步，如下图所示：

图3 链接SQS和链接数据库接口功能的验证

实现客户端和数据访问层的第一层链接，即在这两层之间使用SQS发送和接收消息。在这里的时候就要明确客户端的界面发送方式，以及数据处理层的接收方式，并且要预先想好可扩展的结构，方便之后添加功能时的数据调用。测试好的结果如下所示：

图4服务层消息发送和逻辑层消息接收

然后是实现业务处理层和数据库的链接，这里就要调用JDBC链接数据库了，首先要打包java 的代码成为jar包，然后使用python动态调用jar包，使用其根据sql查询的功能，将结果返

回到python的代码形成列表，再对其进行下一步的处理，结果如下图所示：图5 数据库查询完成将从数据库查询到的消息经过一定的运算处理后，使用和①一样的方法，将数据发送回客户端，客户端接收到消息后，将数据绘制成图像，如下图所示

图6 本地部署三层架构完成

⑥ 通过远程桌面链接到EC2，使用百度网盘上传自己的代码以及环境配置的安装包，配