唐明偉?。暇徲媽W(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 南京 211815)蔣 勛?。暇┐髮W(xué)信息管理學(xué)院 江蘇 南京 210093)
面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館*
唐明偉(南京審計學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 南京 211815)
蔣 勛(南京大學(xué)信息管理學(xué)院 江蘇 南京 210093)
目前,主流數(shù)字圖書館系統(tǒng)架構(gòu)已無法滿足大數(shù)據(jù)時代資源共享和獲取的迫切需求。對此,基于面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館,給出了對應(yīng)的開發(fā)方法。實驗表明,基于面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館,其數(shù)據(jù)管理遵循標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議,不論何種形式的系統(tǒng)或程序,通過HTTP協(xié)議均能獲取其數(shù)據(jù),而在授權(quán)許可下,也可以通過HTTP協(xié)議對其數(shù)據(jù)執(zhí)行增加、查詢、修改和刪除操作。
數(shù)字圖書館面向資源架構(gòu)資源共享
數(shù)字圖書館自20世紀(jì)90年代提出以來,經(jīng)過近十年的發(fā)展,初步實現(xiàn)了傳統(tǒng)館藏資源的數(shù)字化,使讀者可以方便地獲取各類數(shù)字資源,也加強了圖書館之間的合作[1]。然而隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨,“資源冗余”和“資源孤島”的出現(xiàn)降低了讀者獲取資源的效率,同時也導(dǎo)致了數(shù)字圖書館的重復(fù)建設(shè)和資源浪費。要解決這一問題,比較有效的方法是改造數(shù)字圖書館的系統(tǒng)架構(gòu),使其便于實現(xiàn)資源共享,以此促進(jìn)各數(shù)字圖書館之間資源的互聯(lián)互通,從總體上優(yōu)化資源配置,最終提高數(shù)字資源的利用率。
近年來,國內(nèi)外傾向于借助互聯(lián)網(wǎng)及Web的特性對數(shù)字圖書館架構(gòu)進(jìn)行研究。
Rodrygo L.T. Santos等人提出了一種基于SOAP (Simple Object Access Protocol,簡單對象訪問協(xié)議) Web服務(wù)的數(shù)字圖書館組件式構(gòu)建框架,并給出了向?qū)綐?gòu)建工具[2]。利用SOAP Web服務(wù)構(gòu)建的數(shù)字圖書館,其資源可獨立于程序發(fā)布,能夠便于被其他數(shù)字圖書館識別,從而為數(shù)字圖書館之間的信息共享奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。唐明偉等人構(gòu)建了一種基于RESTful Web服務(wù)的圖書管理系統(tǒng),該系統(tǒng)充分利用Web和HTTP協(xié)議的特點,既可實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的規(guī)范管理,又可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輕量發(fā)布和共享[3]。Carlo Meghini等人提出了一種可以識別、描述和發(fā)現(xiàn)Web 上PDF文檔、視頻等數(shù)字對象的數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)模型,應(yīng)用該模型,可以使各數(shù)字圖書館之間能夠互相識別和共享資源[4]。ngel Garíc a-Crespo等人在SWAN框架的基礎(chǔ)上提出了一種使用領(lǐng)域本體來標(biāo)注數(shù)字資源的數(shù)字圖書館框架[5]。經(jīng)過本體標(biāo)注后的數(shù)字資源具備更為完整的屬性描述,易于被程序識別。喻昕和王敬一結(jié)合云計算技術(shù)構(gòu)建了數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺,并對其服務(wù)流程和運行機制進(jìn)行了研究[6]。利用云計算技術(shù),數(shù)字資源以服務(wù)的方式對外提供,可實現(xiàn)資源的跨平臺共享。歐石燕構(gòu)建了面向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的語義數(shù)字圖書館資源描述與組織框架,該框架使用RDF對圖書館資源進(jìn)行語義描述,通過本體實現(xiàn)不同元數(shù)據(jù)類型和格式間的語義互操作,再使用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)對本體化的元數(shù)據(jù)進(jìn)行再組織,最終將資源發(fā)布至Web[7]。應(yīng)用該框架可使圖書館資源語義化,易于實現(xiàn)資源共享。賀德方從資源描述、知識關(guān)聯(lián)、智能檢索和可視化呈現(xiàn)方面研究了基于語義技術(shù)的數(shù)字圖書館服務(wù)[8]。應(yīng)用語義技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字圖書館,其資源具備自描述性和自解釋性,便于實現(xiàn)資源的開放,實現(xiàn)資源共享。Hermann Maurer和Heimo Mueller研究了Web搜索引擎的檢索特點,并充分利用專業(yè)詞典、百科全書、維基百科等在線資源集合,將Web轉(zhuǎn)換成一種數(shù)字圖書館[9]。該類數(shù)字圖書館是對現(xiàn)有Web資源的二次開發(fā),可視為Web的一部分,任何自然人或程序均能方便地獲取其資源。席彩麗利用Callimachus框架創(chuàng)建了基于語義的數(shù)字圖書館模型,應(yīng)用該模型構(gòu)建數(shù)字圖書館,可以增強數(shù)字圖書館系統(tǒng)之間的互操作性,實現(xiàn)資源共享[10]。Carlo Meghini對Web基本概念URI、資源和表示進(jìn)行了改進(jìn),提出了基于標(biāo)識符(identifier)、資源(resource)和描述(description)的數(shù)字資源模型[11],應(yīng)用該模型可以準(zhǔn)確地標(biāo)記和識別數(shù)字資源,依此建立的數(shù)字圖書館既可以準(zhǔn)確地管理數(shù)字資源,又使其具有Web開放的特點。
上述研究中,本體、語義網(wǎng)及云計算等先進(jìn)技術(shù)可以使數(shù)字資源開放,以此構(gòu)建數(shù)字圖書館,易于實現(xiàn)資源共享,但這類技術(shù)的應(yīng)用本身是一項復(fù)雜的工作,并不適合小規(guī)模數(shù)字圖書館的構(gòu)建。基于改進(jìn)的Web及SOAP Web服務(wù)的構(gòu)建方法,符合目前數(shù)字圖書館Web化的趨勢,具備一定的通用性,尤其是SOAP Web服務(wù),至今仍然是信息開放和集成的常用方法。但經(jīng)過研究者的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),該類方法并未充分利用Web的特性,而是一種舍近求遠(yuǎn)的應(yīng)用方法,因此一種完全遵守Web規(guī)則的RESTful Web服務(wù)被逐漸提出。RESTful Web服務(wù)是面向資源架構(gòu)的重要組成部分,目前,將RESTful Web服務(wù)應(yīng)用至數(shù)字圖書館建設(shè)的研究并不多見,筆者雖然做了初步研究,但該研究僅僅針對圖書管理系統(tǒng),對面向資源架構(gòu)理論的應(yīng)用研究也并不全面。針對上述研究的不足,本文將在數(shù)字圖書館系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域,對面向資源架構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用研究,構(gòu)建一種完全符合Web規(guī)則的資源開放的數(shù)字圖書館架構(gòu),以滿足目前大數(shù)據(jù)環(huán)境下資源共享的迫切需求,從而為進(jìn)一步構(gòu)建數(shù)字圖書館聯(lián)盟,實現(xiàn)一定范圍數(shù)字資源的共享奠定基礎(chǔ)。
面向資源架構(gòu)起源于2000年Roy Thomas Fielding在其博士論文中提出的表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移(Representational State Transfer,簡稱REST)概念[12]。REST是一種對良好Web應(yīng)用進(jìn)行定義的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式。該論文給出了從“零Web[1]”推導(dǎo)至“REST式Web”所需經(jīng)歷的六個步驟,但并未給出具體的實現(xiàn)方案。在這個基礎(chǔ)上,L e on a r d Richardson等人[13]對REST進(jìn)行了擴展研究,在其專著RESTful Web Services中,對REST給出了更詳細(xì)的解釋,提出了RESTful Web服務(wù)的概念,并對面向資源架構(gòu)一詞進(jìn)行了系統(tǒng)的解釋和定義[2]。
RESTful Web服務(wù)是符合REST模式的Web服務(wù)。Leonard Richardson等人認(rèn)為符合REST模式即每次Web請求均采取HTTP方法,且所有作用域信息均包含在URI中[13]。在該前提下,RESTful Web服務(wù)將一切與業(yè)務(wù)相關(guān)的事物抽象為資源,并為每個資源設(shè)計一個唯一標(biāo)識URI,該標(biāo)識包含了請求的作用域信息。針對該URI,使用不同的HTTP方法發(fā)送請求,則實現(xiàn)對應(yīng)資源的增加、查詢、修改和刪除操作(以下簡稱CRUD),從而完成各類業(yè)務(wù)操作。表1為使用不同HTTP方法向同一個URI提交請求時能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。
表1 請求方法與URI功能映射
由此可見,RESTful Web服務(wù)對外公開相關(guān)資源的URI即對外發(fā)布服務(wù)。用戶只需按照標(biāo)準(zhǔn)HTTP協(xié)議向URI發(fā)送請求即可實現(xiàn)對資源的相應(yīng)操作。與SOAP Web服務(wù)相比,RESTful Web服務(wù)完全遵守HTTP協(xié)議,并未對其進(jìn)行繁瑣的自定義封裝,不論在服務(wù)的請求和響應(yīng)還是發(fā)布上,均要簡潔高效,是一種輕量級的、靈活的計算機軟件服務(wù),體現(xiàn)了“網(wǎng)站就是Web服務(wù)”的思想[14]。面向資源架構(gòu)則是一種將實際問題轉(zhuǎn)換為RESTful Web服務(wù)的方法,Leonard Richardson提出了資源、資源標(biāo)識、資源表示和資源鏈接四個概念對面向資源架構(gòu)進(jìn)行了定義。
在Web應(yīng)用中,資源是現(xiàn)實事物的數(shù)字化表示,通常表現(xiàn)為具有一定格式的文檔或數(shù)據(jù)庫表記錄等信息實體,由標(biāo)識和表示兩部分組成,任何可以被命名的事物都可以成為資源;資源標(biāo)識是應(yīng)用交互中所涉及資源的唯一標(biāo)記,也是訪問和操作資源的通用接口,每個資源有且僅有一個唯一標(biāo)識,一般用經(jīng)過設(shè)計的URI來表示;資源表示是資源當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)顯示,由資源的數(shù)據(jù)、表示數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)和描述元數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)組成,通常為超媒體,不僅包含了核心數(shù)據(jù),還包括了通過其他資源的URI;資源鏈接是資源之間建立聯(lián)系,實現(xiàn)切換的基礎(chǔ)。這四個概念之間的關(guān)系如圖1所示。
圖1 面向資源架構(gòu)基本概念關(guān)系
這四個概念中,資源和資源標(biāo)識將實際問題轉(zhuǎn)換成資源并賦予URI,而資源表示和資源鏈接則確定了資源的狀態(tài)及不同資源之間的調(diào)用關(guān)系,最終將實際問題轉(zhuǎn)換成RESTful Web服務(wù)。
3.1模型
根據(jù)上述理論特點,基于面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館模型如圖2所示。
如圖所示,面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館模型從低到高分為數(shù)據(jù)層、資源層、業(yè)務(wù)層和表示層四層,使用HTTP作為基本通訊協(xié)議。
(1)數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層是數(shù)字圖書館的基礎(chǔ)資源層,由各類數(shù)字資源和數(shù)據(jù)訪問接口組成。各類數(shù)據(jù)資源以數(shù)據(jù)庫表記錄的形式存在于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中,而數(shù)據(jù)訪問接口則是針對數(shù)據(jù)庫表記錄的增加、修改、刪除和獲取四個最基本的數(shù)據(jù)操作,通過這四個操作實現(xiàn)對不同數(shù)字資源的管理。
(2)資源層
資源層是實現(xiàn)面向資源架構(gòu)的核心,由REST引擎和REST資源組成。REST引擎一方面負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)層的數(shù)字資源通過標(biāo)注,為每個不同的數(shù)字資源賦予一個URI,并通過數(shù)據(jù)封裝后對業(yè)務(wù)層開放,從而形成各種REST資源,每個REST資源具有唯一的URI,該URI也是業(yè)務(wù)層用戶通過業(yè)務(wù)層調(diào)用資源的唯一接口;另一方面,REST引擎監(jiān)聽業(yè)務(wù)層發(fā)來的HTTP請求,根據(jù)不同的HTTP請求方法,調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。
(3)業(yè)務(wù)層
業(yè)務(wù)層則由文獻(xiàn)檢索、圖書借閱、論文下載等數(shù)字圖書館各類常見業(yè)務(wù)功能組成,這些業(yè)務(wù)功能由各種不同的REST資源及其URI按照一定的業(yè)務(wù)邏輯相互組合而成。
(4)表示層
表示層則由系統(tǒng)界面和應(yīng)用程序描述語言(Web Application Description Language,簡稱WADL)組成。系統(tǒng)界面即數(shù)字圖書館系統(tǒng)的用戶界面,是供普通用戶操作的軟件界面,一般以HTML或XML的形式展示業(yè)務(wù)層的各類功能,引導(dǎo)用戶完成操作 ;WADL則供軟件程序訪問,以結(jié)構(gòu)化的方式存儲各類資源的訪問方法[15],其他程序可通過解析WADL實現(xiàn)對數(shù)字資源的自動訪問。
在該模型中,數(shù)字資源最終被改造成具有唯一URI的Web對象,任何人或程序只需要獲得對應(yīng)資源的URI,在合法授權(quán)下,向該URI發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的HTTP請求,即可實現(xiàn)對應(yīng)資源的CRUD操作,從而完成數(shù)字圖書館的各種業(yè)務(wù)活動。從這一過程可知,公開數(shù)字資源的URI即公開資源本身,按該模型構(gòu)建的數(shù)字圖書館,擁有開放的數(shù)字資源,在授權(quán)允許條件下,不會形成資源孤島,從而可方便地實現(xiàn)不同數(shù)字圖書館之間數(shù)字資源的共享。
3.2開發(fā)方法
面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館是以資源為中心,要依照圖2所示模型將其開發(fā)成實際系統(tǒng),重點在于對資源的分析、設(shè)計與實現(xiàn),其主要過程如圖3所示。
圖3 面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館開發(fā)方法
(1)第一階段:資源分析
資源分析階段主要是確定數(shù)字圖書館涉及的資源種類和數(shù)量。一般通過需求采集和傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)分析方法確定數(shù)字圖書館系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)集,再對數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析,從中歸納出可以通過HTTP發(fā)布的特定數(shù)據(jù),將其抽象成資源。資源是用戶直接操作的對象,一般可分為對象性資源、集合性資源和管理性資源。對象性資源是與數(shù)據(jù)對象直接相關(guān)的資源,是最小單位的資源,如一篇論文;集合性資源則是指由多個對象性資源組成的資源,如包含多篇論文的期刊;管理性資源則通常與業(yè)務(wù)無直接的邏輯關(guān)系,只是出于某種特殊需要,對多個無直接關(guān)聯(lián)的資源進(jìn)行統(tǒng)一引用而形成的資源,如包含了論文、期刊列表的系統(tǒng)首頁。按照用戶訪問習(xí)慣,一般先訪問管理性資源,再訪問集合性資源,最后訪問對象性資源。
(2)第二階段:資源設(shè)計
資源設(shè)計階段主要確定已劃分資源的屬性、功能及資源之間的關(guān)系,通過命名資源、確定資源功能、設(shè)計資源表示和連通資源四個步驟來完成。
①命名資源:即設(shè)計資源的URI,URI通常由域名、路徑和請求參數(shù)共同組成。對于具有層次關(guān)系的資源,則直接采用域名和路徑的U R I對其命名,格式為h t t p// hostname/{path1} [/{path2}/{…}],如某期刊論文列表的URI為:http://hostname/journal/paperlist,而該列表下某篇論文的URI為http://hostname/journal/paperlist/11,11通常為該論文在數(shù)據(jù)庫對應(yīng)表中的唯一標(biāo)識。而對于同一個URI,使用同一個方法,但僅請求其中部分資源的情況,一般通過在原URI的基礎(chǔ)上增加URI參數(shù)的方法來對該資源命名,格式為http://hostname/{path1}[/ {path2}/{...}]?{para}={value}[&{para}={value}.....],如以REST為關(guān)鍵詞對論文列表進(jìn)行查詢得到的資源,其URI為http:// hostname/journal/paperlist?keyword=REST。
②確定資源功能:資源的功能實際上在資源分析階段已經(jīng)確定,此處主要是對其功能進(jìn)行分類,并與HTTP的請求方法做關(guān)聯(lián)。由于一個URI通常只對應(yīng)四個功能方法,因此在面對同一個URI,同一個HTTP方法時,通常使用請求參數(shù)來實現(xiàn)更多的功能,添加參數(shù)后獲得的資源可以視為原資源的衍生資源,如所有論文列表和檢索到的論文列表。
③設(shè)計資源表示:根據(jù)資源的功能,設(shè)計服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)格式及內(nèi)容,對于普通用戶采取HTML作為資源表示格式;而對于程序,則選擇具有自描述性的XML或JSON作為資源表示格式。
④連通資源:將各資源按照業(yè)務(wù)流程鏈接起來,以體現(xiàn)完整的業(yè)務(wù)處理過程,一般通過超鏈接和表單來實現(xiàn)。超鏈接即資源的URI,在一個資源表示中加入其他資源的URI,即可跳轉(zhuǎn)到其他資源表示,實現(xiàn)連通。而表單則是普通的HTML表示,其連通作用主要體現(xiàn)在提交時頁面的定向功能。超鏈接適用于資源的只讀請求,如查看資源;而對于需要與用戶交互的資源請求則通過表單來實現(xiàn),如資源的創(chuàng)建、資源的條件檢索等。
(3)第三階段:資源實現(xiàn)
資源實現(xiàn)階段主要是根據(jù)設(shè)計好的資源,按照圖2所示模型,選擇相關(guān)的編程語言、工具及數(shù)據(jù)庫逐層進(jìn)行開發(fā)實現(xiàn)。其中關(guān)于RE ST引擎和資源的實現(xiàn),可通過Restlet[16]框架來實現(xiàn)。
本文使用Java語言、Restlet框架和MySQL數(shù)據(jù)庫,以文獻(xiàn)管理為業(yè)務(wù)實例開發(fā)了主數(shù)字圖書館、輔數(shù)字圖書館及一個獨立程序客戶端,用于驗證本文提出模型和方法的有效性,其中主數(shù)字圖書館文獻(xiàn)資源的獲取是測試的重點。
(1)主數(shù)字圖書館運行測試
主數(shù)字圖書館為面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館,以REST方式進(jìn)行文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的增加、修改、刪除和查詢操作。運行后,所有文獻(xiàn)的URI為http://localhost:8080/dl/resource/papers,單個文獻(xiàn)的URI為http://localhost:8080/dl/ resource/papers/{paperid},其中paperid是文獻(xiàn)在數(shù)據(jù)庫表中的唯一標(biāo)識。在瀏覽器中輸入所有文獻(xiàn)URI,則顯示所有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。
經(jīng)測試,向所有文獻(xiàn)URI發(fā)送POST請求,可成功發(fā)布新文獻(xiàn),而針對單個URI發(fā)送GET、PUT或DELETE方法,則可以成功獲取、更新或刪除文獻(xiàn)。
(2)輔數(shù)字圖書館運行測試
輔數(shù)字圖書館可視為用戶館,為一般的Web系統(tǒng),主要用于獲取主數(shù)字圖書館的文獻(xiàn)數(shù)據(jù),輔數(shù)字圖書館包含有獲取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的按鈕,點擊該按鈕,可成功獲取主數(shù)字圖書館的所有文獻(xiàn);點擊標(biāo)題,也可以成功獲取對應(yīng)的詳細(xì)信息。
(3)獨立程序客戶端運行測試
獨立程序客戶端則為普通的桌面程序,主要用于驗證獨立程序通過HTTP協(xié)議,能否實現(xiàn)對主數(shù)字圖書館文獻(xiàn)資源的CRUD操作。運行后,在地址欄輸入所有文獻(xiàn)的URI,點擊其中獲取資源按鈕,同樣可以成功獲取所有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。而在地址欄輸入http://localhost:8080/dl/ resource/ papers/17,點擊刪除資源,也可以成功從主數(shù)字圖書館中刪除對應(yīng)的文獻(xiàn)。對資源的增加和修改操作也可按照相似的方式順利完成。
本文針對大數(shù)據(jù)時代現(xiàn)有數(shù)字圖書館在資源共享方面的不足,引入面向資源架構(gòu)理論,構(gòu)建了面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館模型,給出了相應(yīng)的開發(fā)方法,并開發(fā)了三個相互獨立的模擬系統(tǒng)對提出的模型、方法及功能進(jìn)行實驗驗證。實驗表明,面向資源架構(gòu)的數(shù)字圖書館,其數(shù)據(jù)管理遵循標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議,不論何種形式的系統(tǒng)或程序,通過HTTP協(xié)議均能獲取其數(shù)據(jù),而在授權(quán)許可下,也可以通過HTTP協(xié)議對其數(shù)據(jù)執(zhí)行CRUD操作。這一特點可使得數(shù)字圖書館資源開放,從而為構(gòu)建數(shù)字圖書館聯(lián)盟,消除資源孤島,實現(xiàn)一定范圍的數(shù)字資源共享創(chuàng)造便利條件。然而實驗選擇的文獻(xiàn)管理僅是數(shù)字圖書館的一小部分,要實現(xiàn)一個功能完整的數(shù)字圖書館,還需要考慮多種業(yè)務(wù),以此構(gòu)建圖書館聯(lián)盟更是一項復(fù)雜的工作,這將成為下一階段的研究重點。
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Digital Library Based on the Resource-Oriented Architecture
Now, the main trend architecture of the digital library could not meet requirements of the resource sharing and achievement in the big data era. The digital library based on the resource-oriented architecture could provide the relevant development method for it. And results of the experiment show that the data management of the digital library based on the resource-oriented architecture follows the HTTP. No matter what form of the system or program, it could all get library's data via the HTTP, and also could create,retrieve, update and delete library's data via the HTTP under the authorization.
Digital library; Resource-oriented architecture; Resource sharing
G250.76
B
*本文系江蘇省教育廳高校哲學(xué)社會科學(xué)研究項目“基于面向資源架構(gòu)的圖書館聯(lián)盟信息共享研究”,項目編號:2013SJB870005:國家自然科學(xué)基金面上項目“面向知識服務(wù)的知識組織模式與應(yīng)用研究”,項目編號:71273126的研究成果之一。
唐明偉 男,1982年生,博士,現(xiàn)工作于南京審計學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院,講師。
蔣 勛 男,1980年生,南京大學(xué)信息管理學(xué)院博士后,副教授。
2014-12-29]