《中间件技术》教学大纲
制定时间：2025年3月
一、课程基本信息
（一）适用专业：
本科软件工程专业
（二）课程代码：
3ZN1072A
（三）学分/课内学时：
2学分/32学时
（四）课程类别：
专业教育
（五）课程性质：
专业教育必修
（六）先修课程：
《数据结构与算法》、《操作系统原理与实现》、《C语言程序设计与应用》、《计算机科学导论》、《面向对象的程序设计方法》、《web前端技术专题实验》、等
（七）后续课程：
软件工程项目综合实训、毕业设计（论文）等
二、课程教学目标
《中间件技术》是软件工程专业的专业必修课程，旨在通过讲授中间件的基本原理与实践应用，培养学生在分布式系统、云计算及企业级软件开发中的技术能力与工程思维。课程内容涵盖中间件的核心概念、分类及典型技术，包括消息中间件（如RabbitMQ）、分布式服务框架（如Spring Cloud等）、缓存中间件（如Redis）以及系统监控与性能优化等，重点结合计算机系统结构与软件工程技术，帮助学生理解中间件在解决高并发、高可用性等复杂工程问题中的关键作用。其教学目标在于掌握中间件的配置与调优方法，更强调通过案例分析与项目实践，培养学生设计分布式系统架构、进行技术选型及解决实际业务场景问题的能力。作为学科导向性课程，它衔接了软件工程理论与产业需求，使学生能够适应云计算、微服务等前沿技术岗位，提升解决企业级系统开发中关键问题的综合竞争力，是软件工程专业培养面向产业需求的高素质工程人才的重要支撑。
（一）具体目标
本课程的主要任务是通过课堂教学、实验教学等环节培养学生中间件技术应用与开发的综合实践能力，完整的问题分析、问题解决能力。课程目标及能力要求具体如下。
目标1：
学生能够系统叙述中间件的核心原理与技术特性，能够针对企业级分布式系统需求，设计并实现基于消息通信、服务治理或缓存优化的解决方案，满足高并发、高可用场景的工程实践要求。
目标2：
学生能够运用主流中间件工具（如Spring Cloud、Redis、Kafka）进行配置、调试与性能调优，通过实验与案例分析解决系统延迟、一致性等典型工程问题，形成技术决策的逻辑推理能力。
目标3：
学生能够辩证评估不同中间件技术的适用性，结合行业趋势（如云原生、微服务）提出技术演进方案，具备持续学习能力跟踪技术迭代，初步形成适应产业需求的终身学习能力。
（二）课程目标与毕业要求的对应关系
毕业要求 |
毕业要求指标点 |
课程目标 |
教学单元 |
评价方式 |
2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论 |
2.2: 能运用相关科学原理和数学模型方法，对复杂工程问题进行正确表达和描述； 2.3:能运用数学、自然科学和工程科学与技术和计算机专业的基本原理，分析软件领域的复杂工程问题及其影响因素，并结合文献研究，确定合理的方案，获得有效结论。 |
目标1 目标2 |
第一章 中间件概述 第五章 中间件性能优化与监控 |
平时作业、实验 |
4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂软件工程问题进行研究，包括建立软件模型、设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。 |
4.1能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析软件复杂工程问题的解决方案，能够对软件系统的对象特征和性能参数开展研究，设计合理可行的实验方案； 4.2能够构建实验系统，正确采集和整理实验数据； 4.3能对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。 |
目标1 目标2 目标3 |
第三章 分布式服务框架 第四章 缓存与数据中间件 第五章 中间件性能优化与监控 第六章 中间件综合设计 实验2：分布式服务框架实践与容灾设计 |
平时作业、实验、非标大作业 |
5. 使用现代工具：能够针对软件领域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对软件领域复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。 |
5.2能够针对软件领域的工程问题，选择恰当的计算机软硬件、通信网络等技术和工具进行分析； |
目标1 目标2 |
实验1：消息中间件配置与实时系统设计 实验3：缓存优化与性能监控 |
平时作业、实验、非标大作业 |
11. 终身学习。具有自主学习、终身学习和批判性思维的意识和能力，能够理解广泛的技术变革对工程和社会的影响，适应新技术变革。 |
11.1在职业生涯中具有自主学习和终身学习的意识； 11.2能针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法，自主学习，适应社会和技术的发展。 |
目标3 |
第六章 中间件综合设计 实验2：分布式服务框架实践与容灾设计 |
平时作业、实验、非标大作业 |
三、教学内容与方法
（一）教学内容及要求
（填写说明：“教学内容”应简明扼要填写知识点，要能支撑课程目标的实现；“学习产出要求”应主要填写学生学习后达到的相关能力；“推荐学时”为相应课内学时；“推荐教学方式”为主要包括讲授、研讨、案例、实验等，每个单元可有一种或多种。
序号 |
教学 单元 |
教学内容 （知识点） |
学习产出要求 |
推荐学时 |
推荐 教学 方式 |
支撑 教学目标 |
备注 |
1 |
第一章 中间件概述 |
1. 中间件的定义、分类与技术演进；2. 中间件在企业级系统中的核心作用（如微服务、云原生场景）；3. 行业案例分析（如电商系统、金融系统架构） |
学生能够系统阐述中间件的核心概念、分类及技术演进路径，并通过案例分析（如电商系统架构）说明中间件在解决分布式系统复杂问题中的作用 |
2 |
讲授 演示 案例 |
目标1 |
|
2 |
第二章 消息中间件 |
1. 消息通信模型与协议； 2. RabbitMQ的架构设计与核心功能；3. 实时消息系统设计原则（如可靠性、顺序性） |
学生能够对比分析消息协议的适用场景，设计基于RabbitMQ的实时消息系统架构，并解释其保障消息可靠性的核心机制（如持久化、分区策略） |
3 |
讲授 演示 案例 |
目标1、2 |
|
3 |
第三章 分布式服务框架 |
1. 服务治理与负载均衡算法；2. Spring Cloud的组件原理（如服务注册、配置中心）；3. 微服务架构设计模式（如API网关、熔断机制） |
能够叙述软件测试过程由哪些环节组成，能指出各测试环节应用何种测试技术，能够开展简单的单元测试和集成测试。 |
4 |
讲授 案例 演示 归纳 |
目标1、2 |
|
4 |
第四章 缓存与数据中间件 |
1. 缓存一致性策略（如最终一致性、强一致性）；2. Redis集群架构与持久化机制；3. 数据库中间件（如Sharding-JDBC）的分库分表原理 |
学生能够配置Redis集群模式并实现主从复制，分析其对系统读写性能的优化效果，同时解释分库分表策略在数据库中间件（如Sharding-JDBC）中的实现逻辑 |
3 |
讲授 案例 演示 归纳 |
目标1、2 |
|
5 |
第五章 中间件性能优化与监控 |
1. 性能指标分析（如吞吐量、延迟）；2. 监控工具的原理与应用；3. 故障排查与容灾设计（如熔断、降级） |
学生能够使用构建系统监控看板，通过时延、吞吐量等指标定位性能瓶颈，并提出熔断、降级等容灾策略 |
3 |
讲授 案例 演示 归纳 |
目标2、3 |
|
6 |
第六章 中间件综合设计 |
1. 分布式系统架构设计流程；2. 技术选型决策方法（如成本、扩展性）；3. 企业级系统案例解析 |
学生能够针对具体业务场景，设计包含消息队列、服务治理、缓存协同的分布式系统架构，说明技术选型对业务连续性、成本可控性的支撑作用 |
5 |
讲授 案例 演示 归纳 |
目标1、3 |
|
7 |
实验1：消息中间件配置与实时系统设计 |
配置RabbitMQ集群，实现订单通知系统的生产者-消费者模式； 设计消息持久化与优先级队列策略，确保高并发场景下的消息可靠性； 通过压力测试分析不同消息协议（如AMQP）对延迟的影响 |
提交消息队列方案设计文档，包含架构图、配置参数及可靠性保障措施；学生具备基本的消息中间件应用能力 |
4 |
演示 实验 |
目标1 |
|
8 |
实验2：分布式服务框架实践与容灾设计 |
使用Spring Cloud实现微服务架构，包含服务注册、负载均衡与熔断；模拟网络故障场景，设计服务降级策略并验证系统可用性；撰写技术选型分析报告 |
提交服务治理策略文档，包含故障模拟数据、熔断规则及技术选型依据； 学生获得一定的基础批判性思维与工程决策意识 |
4 |
演示 实验 |
目标2 |
|
9 |
实验3：缓存优化与性能监控 |
部署Redis集群，配置主从复制与持久化策略；对比缓存键值操作与数据库查询的性能差异，优化案例系统的缓存穿透问题；使用Prometheus+Grafana构建监控看板，分析缓存命中率对系统吞吐量的影响 |
提交缓存优化方案与性能报告，包含集群配置截图、压力测试数据及监控截图；学生能够对中间件进行调优与性能分析 |
4 |
演示 实验 |
目标3 |
|
总计 |
|
32 |
|
|
|
（二）教学方法
本课程以“产出”为核心，通过案例、项目、工具链等载体，确保学生达成“设计解决方案”“技术调优”“技术评估”三大目标。最终，课程通过“教学方法-学习产出-成果评估”的闭环设计，实现“以学生为中心”的教育理念。
（1）主要采用案例式教学。课程以企业级案例为切入点，通过“事→理→德→人”的教学路径，引导学生从实际问题出发理解中间件技术原理。例如，可以“双十一秒杀系统”为案例，分析消息队列如何解决高并发问题，同时融入数据安全与社会责任的思政教育。教师可通过案例拆解中间件的核心功能（如分布式事务、缓存一致性），学生在案例分析中掌握技术选型与架构设计方法。通过案例可激发学生学习的兴趣，培养学生系统思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过应用实践加深对知识的理解以及应用能力，强化工程师对社会安全的责任意识。
（2）问题导引教学。针对知识点，提出该知识需要解决的问题，通过问题导引，发现问题，分析问题，解决问题，一步步启发学生依据科学的、规范的理论基础对问题进行思考并解决。在实验阶段，可以采用“问题（需求）与任务驱动+小组协作”的模式，将课程的实验项目贯穿为一综合项目，要求学生分阶段完成消息中间件配置、服务治理实现、缓存优化等任务。通过综合实验项目，学生需提交架构设计文档、代码实现及性能测试报告，培养学生的技术评估能力和方案设计能力，培养团队协作与工程化思维。
（3）多媒体教学资源的灵活应用，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性与生动性。
（4） 理论教学与工程实践相结合，引导学生综合应用所学的专业知识，采用科学的方法和手段，进行项目设计与实现。在实验阶段，依托Docker、Kubernetes等工具构建虚拟化实验环境，学生在实验课中完成中间件部署、调优与监控（如Prometheus性能分析）。通过“配置-测试-优化”循环，学生掌握工具链操作能力。可结合“多元化考核”，通过实验报告与代码评审评估技术落地能力。
（5）启发式教学。设定教学思路，引导学生在指定的讨论范围内，以科学、有效的思路寻找问题的求解过程，并能选择合理的技术灵活的应用在问题求解过程中。教师采用“引导-质疑-反思”策略，鼓励学生对比不同方案的优劣（如Kafka与RabbitMQ的适用场景），强化批判性思维。在技术教学中嵌入价值观培养，如通过“系统可靠性设计”案例强调工程师的社会责任（避免因中间件故障导致的数据泄露），强调持续学习及终身学习的理念。
四、考核及成绩评定
（一）考核内容及成绩构成
课程考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，包括平时作业、实验及期末测试三个部分，考核方式：考查。各课程目标的考核内容、成绩评定方式、目标分值建议如下：
课程目标 |
考核内容 |
成绩评定方式 |
成绩占总评分比例 |
目标成绩占当次考核比例 |
学生当次考核平均得分 |
目标达成情况计算公式 |
目标1：学生能够系统叙述中间件的核心原理与技术特性，能够针对企业级分布式系统需求，设计并实现基于消息通信、服务治理或缓存优化的解决方案，满足高并发、高可用场景的工程实践要求。 |
微服务架构中中间件的作用，基于消息通信的高并发系统架构设计，中间件选型及优化 |
作业 |
10% |
100% |
A1 |
|
实验 |
6% |
20% |
B1 |
目标2：学生能够运用主流中间件工具（如Spring Cloud、Redis、Kafka）进行配置、调试与性能调优，通过实验与案例分析解决系统延迟、一致性等典型工程问题，形成技术决策的逻辑推理能力。 |
RabbitMQ集群配置与压力测试、Spring Cloud的使用、Redis集群性能分析与监控 |
实验 |
18% |
60% |
B2 |
|
大作业 |
30% |
50% |
C2 |
目标3：学生能够辩证评估不同中间件技术的适用性，结合行业趋势（如云原生、微服务）提出技术演进方案，具备持续学习能力跟踪技术迭代，初步形成适应产业需求的终身学习能力。 |
中间件演进趋势、服务治理能力的对比分析、技术跟踪能力 |
实验 |
6% |
20% |
B3 |
|
大作业 |
30% |
50% |
C3 |
总评成绩（100%）=作业（10%）+实验（30%）+大作业（60%） |
100% |
—— |
—— |
|
（二）平时考核成绩评定
实验：必做实验3次，其中每次实验建议4个学时。支撑目标1、目标2、目标3，共占总评分30%，目标1占6%、目标2占18%、目标3占6%。对应目标的评分标准建议如下：
实验1：消息中间件配置与实时系统设计（支撑目标1，占总评分6%）
对应目标 |
目标1 |
考查点 |
实验过程（50%）、实验结果（50%） |
成绩比例 |
总6%（过程3%、结果3%） |
评分标准 |
|
等级 |
|
优秀（90-100） |
实验步骤完整，架构设计逻辑清晰，方案文档包含完整技术选型依据；能主动优化消息可靠性机制（如持久化策略）。 |
良好（80-89） |
实验步骤较完整，架构设计逻辑基本合理，方案文档包含主要技术选型依据；能实现基础消息可靠性保障。 |
中等（70-79） |
实验步骤部分完整，架构设计逻辑存在疏漏，方案文档内容不完整；消息可靠性机制实现不完善。 |
合格（60-69） |
实验步骤不完整，架构设计逻辑混乱，方案文档缺乏技术选型依据；无法实现消息可靠性保障。 |
不及格（<60） |
无法完成实验步骤，架构设计逻辑错误，方案文档无效；完全依赖模板，无自主设计。 |
实验2：分布式服务框架实践与容灾设计（支撑目标2，占总评分18%）
对应目标 |
目标2 |
考查点 |
实验过程（50%）、实验结果（50%） |
成绩比例 |
总18%（过程9%、结果9%） |
评分标准 |
|
等级 |
实验过程 |
优秀（90-100） |
熟练配置Spring Cloud组件（如服务注册、熔断），故障模拟覆盖多种场景；技术选型报告分析深入，对比Dubbo与Spring Cloud的优劣。 |
良好（80-89） |
熟练配置核心组件，故障模拟覆盖主要场景；技术选型报告分析合理，但对比维度有限。 |
中等（70-79） |
配置存在错误，故障模拟覆盖不足；技术选型报告内容不完整，缺乏对比分析。 |
合格（60-69） |
配置步骤依赖模板，故障模拟未实现；技术选型报告无效。 |
不及格（<60） |
无法完成配置，未进行故障模拟；技术选型报告未提交或内容错误。 |
实验3：缓存优化与性能监控（支撑目标3，占总评分6%）
对应目标 |
目标3 |
考查点 |
实验过程（50%）、实验结果（50%） |
成绩比例 |
总6%（过程3%、结果3%） |
评分标准 |
|
等级 |
实验过程 |
优秀（90-100） |
缓存穿透问题优化方案创新，监控看板设计包含多维度指标（如QPS、命中率）；能结合云原生趋势提出Redis与Memcached的替代方案。 |
良好（80-89） |
优化方案合理，监控看板包含基础指标；能对比Redis与其他缓存技术的适用场景。 |
中等（70-79） |
优化方案简单，监控看板设计不完整；技术对比分析片面。 |
合格（60-69） |
优化方案无效，未使用监控工具；未提交技术对比分析。 |
不及格（<60） |
未完成缓存配置，未分析性能问题；报告未提交或内容错误。 |
五、参考学习资料
（一）推荐教材：《中间件技术基础与Java实践》，付弘宇，清华大学出版社，2024， ISBN：9787302653189。
（二）参考资料：《分布式中间件核心原理与RocketMQ最佳实践》，刘猛，北京大学出版社，2023， ISBN：9787301335048
（三）参考资料：《分布式消息中间件实践》，倪炜，电子工业出版社，2018， ISBN：9787121349058
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邮编：401331
学院教学服务：65023467 学院学生管理：65023123
