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课程名称 数据库原理 指导教师 姜燕

院 （系） 计算机科学与技术学部 专业班级 数据科学21-1

小组编号 14 设计日期 2023.6.1

课程设计题目 图书管理系统

小组分工情况

学号 学生姓名 具体分工 成绩
202103160006 邹雪燕 编写课程设计的数据库设计
202103160007 周明源 编写前后端代码，定义数据库并进行功能测试和需求测试
202103160008 管小风 编写课程设计的应用系统设计

数据库设计

需求分析

问题描述

图书管理系统是一种数字化的图书馆管理系统，它能够自动化、智能化地管理图书馆的各项业务。传统的图书馆管理方式已经无法满足各类读者对于服务质量和效率的追求，因此图书管理系统成为了图书馆不可或缺的一部分，也逐渐成为了高校、企事业单位等机构内部管理的重要工具。

随着社会信息技术的不断发展和进步，图书管理系统的功能和性能也得到了不断的提升。现代的图书管理系统可以支持在线查询、预约、借还书等多种功能，使得读者能够更加便捷、快速地获取所需资源。同时，图书管理系统也可以帮助图书馆实现自动化、智能化管理，提高工作效率和服务质量。

在图书管理系统中，数据库是非常重要的一环。数据库存储了图书馆大量的信息数据，包括书籍信息、读者信息、借阅记录、预约记录等，并且这些数据之间存在复杂的关系。因此，在数据库设计阶段需要考虑如何优化数据模型，确保数据结构合理、高效、易于维护。同时，需要采取有效措施来确保数据的安全性，如加密、权限管理等。

总之，图书管理系统是数字化时代下图书馆管理工作的必然趋势，也是现代化单位内部管理的重要组成部分。通过合理的数据库设计和优化，可以提高图书管理系统的工作效率和服务质量，满足读者对于服务质量和效率的需求。

系统功能描述

能够实现对读者信息的查询和修改

能够实现对借阅信息的查询

能够存储一定数量的图书信息,并方便有效的进行相应的书籍数据操作和管理，这主要包括：

  • 图书信息的录入、删除及修改。
  • 图书信息的多关键字检索查询。
  • 图书的出借、返还。

业务用例图

安全性与完整性方面的要求

认证和授权：只有授权用户可以访问数据库，并根据其角色和权限级别限制其可执行的操作。

完整性约束：在设计数据库模式时需要定义适当的完整性约束以确保数据的正确性和一致性。例如，定义外键约束以确保引用关系的完整性，定义用户自定义完整性以确保数据的正确性。

防止SQL注入攻击：应该使用参数化查询或存储过程来防止恶意攻击者通过输入恶意代码来破坏数据库。

加密：在传输和保存敏感信息（如密码）时，使用加密算法保护。

备份和恢复：定期备份数据库，并测试恢复流程以确保成功恢复数据。

数据字典

  • 数据流图

  • 数据项

    数据项名 数据项含义说明 数据类型 长度 取值范围 取值含义 数据项之间的联系
    id 管理员编号，唯一标识每个管理员 INT
    username 管理员用户名 VARCHAR 255 id→username
    nickname 管理员姓名 VARCHAR 255 id→nickname
    password 管理员密码 VARCHAR 255 id→password
    bid 书籍ID，唯一标识每本图书 INT
    title 书籍标题 VARCHAR 255 bid→title
    desc 书籍简介 VARCHAR 255 bid→desc
    price 书籍价格 decimal 10 bid→price
    sid 学号，唯一标识每名学生 INT
    name 姓名 VARCHAR 255 sid→name
    sex 性别 ENUM ['男','女'] sid→sex
    grade 年级 INT 2019代表2019级学生 sid→grade
    password 学生密码 VARCHAR 255 sid→password
    id 借阅ID INT
    time 借阅时间 DATATIME id→time

  • 数据结构

    数据结构名 含义说明 组成:{数据项或数据结构}
    admin 管理员，定义了一个管理员的有关信息 { id, username, nickname, password }
    book 书籍，定义了一本书籍的有关信息 { bid, title, desc, price }
    borrow 借阅信息，定义了读者借阅图书的信息 { id, sid, bid, time }
    student 学生，定义了一名学生的有关信息 { sid, name, sex, grade, password}

概念结构设计

实体集

ER图

逻辑结构设计

ER图向关系模式转换

设计子模式

无需定义视图。

系统功能模块图

物理结构设计

索引

通过建立唯一索引（B-tree）来维护数据完整性和准确性：

  • 在borrow表中为(sid, bid)建立唯一索引，因为借阅信息中一本书只能对应一名学生。

    CREATE UNIQUE INDEX idx_borrow_sid_bid ON borrow (sid, bid);

  • 在borrow表中为 bid 建立唯一索引，因为默认每种书只有一本，借阅信息中一本书只能出现一次。

    CREATE UNIQUE INDEX idx_borrow_bid ON borrow (bid);

数据库实施

数据库的创建

USE book_manage;

IF EXISTS (SELECT *
            FROM sysdatabases
            WHERE name = 'book_manage')
BEGIN
    DROP DATABASE book_manage;
END;

CREATE DATABASE book_manage;

IF NOT EXISTS (SELECT *
                FROM syslogins
                WHERE name = 'dba')
BEGIN
    CREATE LOGIN dba WITH PASSWORD = '123456', DEFAULT_DATABASE = book_manage;
END

GO

USE book_manage;

CREATE USER dba FOR LOGIN dba WITH DEFAULT_SCHEMA = dbo;

EXEC sp_addrolemember 'db_owner', 'dba';

数据表的创建

create table admin
(
    id       int auto_increment
        primary key,
    username varchar(255) null,
    nickname varchar(255) null,
    password varchar(255) null
);

create table book
(
    bid    int auto_increment
        primary key,
    title  varchar(255)   null,
    `desc` varchar(255)   null,
    price  decimal(10, 2) null
);

create table student
(
    sid   int auto_increment
        primary key,
    name  varchar(255)      not null,
    sex   enum ('男', '女') not null,
    grade int               not null
);

create table borrow
(
    id   int auto_increment
        primary key,
    sid  int      null,
    bid  int      null,
    time datetime null,
    constraint f_bid
        unique (bid),
    constraint unique_sid_bid
        unique (sid, bid),
    constraint f_bid
        foreign key (bid) references book (bid),
    constraint f_sid
        foreign key (sid) references student (sid)
);

create definer = root@localhost trigger del
    before delete
    on student
    for each row
    DELETE FROM borrow WHERE sid = old.sid;

create definer = root@localhost trigger t
    before delete
    on student
    for each row
    DELETE FROM borrow WHERE old.sid = borrow.sid;

admin表：

admin表

borrow表：

book表：

student表：

数据库运行和维护

数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。

在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评估、调整与修改。

本系统仅为一个小demo，所以并没有正式运行，不需要进行维护。

应用系统设计

技术选型

网络架构：B/S 模式 (易开发、易维护、易扩展)

前端页面模板：基于 Bootstrap 前端框架的管理系统页面模板

后端使用框架：Servlet+Mybatis+Thymeleaf

WEB容器：Tomcat10

项目管理工具：Maven

开发工具：IntelliJ IDEA、Navicat、Google Chrome

数据库：MySQL数据库

生产服务环境：Windows 10

环境准备

配置 Java 环境

  1. 下载 JDK 安装包：

  2. 配置环境变量

    变量 值
    JAVA_HOME C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_231
    JRE_HOME C:\Program Files\Java\jre1.8.0_231
    Path ;%JAVA_HOME%\bin

安装 IDEA

IDEA官网

配置 Tomcat 环境

  1. 从官网下载相应的 Tomcat Binary Distributions 安装包文件 32-bit/64-bit Windows Service Installer。

  2. 双击运行下载的安装文件，按照提示一步一步安装并配置。

  3. 配置环境变量：

    变量 值
    TOMCAT_HOME C:\Program Files\Apache Software Foundation\Tomcat 9.0
    CATALINA_HOME C:\Program Files\Apache Software Foundation\Tomcat 9.0
    Path ;%TOMCAT_HOME%\bin;%CATALINA_HOME%\lib

在 IDEA 中配置 Tomcat Server

IDEA配置Tomcat Server

创建一个新的 Web 项目

新建一个名为 BookManagerWeb 的 Jakarta EE项目，模板选择 Web 应用程序，应用程序选择 Tomcat 10.1.7，构建系统选择 Maven。

Maven 导入依赖（pom.xml）

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.book</groupId>
    <artifactId>BookManagerWeb</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <name>BookManagerWeb</name>
    <packaging>war</packaging>

    <properties>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
        <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
        <junit.version>5.9.2</junit.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>jakarta.servlet</groupId>
            <artifactId>jakarta.servlet-api</artifactId>
            <version>5.0.0</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.thymeleaf</groupId>
            <artifactId>thymeleaf</artifactId>
            <version>3.1.1.RELEASE</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
            <artifactId>junit-jupiter-api</artifactId>
            <version>${junit.version}</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
            <artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId>
            <version>${junit.version}</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.18.26</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
            <version>8.0.32</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.mybatis</groupId>
            <artifactId>mybatis</artifactId>
            <version>3.5.13</version>
        </dependency>

    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-war-plugin</artifactId>
                <version>3.3.2</version>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

配置 Mybatis

在 resource 目录下，新建一个名为 mybatis-config.xml 的文件：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE configuration
        PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Config 3.0//EN"
        "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-config.dtd">
<configuration>
    <settings>
        <setting name="mapUnderscoreToCamelCase" value="true"/>
        <setting name="cacheEnabled" value="true"/>
        <setting name="logImpl" value="NO_LOGGING"/>
    </settings>
    <typeAliases>
        <package name="com.book.entity"/>
    </typeAliases>
    <environments default="development">
        <environment id="development">
            <transactionManager type="JDBC"/>
            <dataSource type="POOLED">
                <property name="driver" value="com.mysql.cj.jdbc.Driver"/>
                <property name="url" value="jdbc:mysql://localhost:3306/book_manage"/>
                <property name="username" value="root"/>
                <property name="password" value="123456"/>
            </dataSource>
        </environment>
    </environments>
    <mappers>
        <package name="com.book.dao"/>
    </mappers>
</configuration>

在utils工具包中新建MybatisUtil工具类：

package com.book.utils;

import org.apache.ibatis.io.Resources;
import org.apache.ibatis.session.SqlSession;
import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactory;
import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactoryBuilder;

import java.io.IOException;

public class MybatisUtil {
    private static SqlSessionFactory sqlSessionFactory;

    static {
        try {
            sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(Resources.getResourceAsReader("mybatis-config.xml"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static SqlSession getSession() {
        return sqlSessionFactory.openSession(true);
    }
}

将前端模板加入项目

将 css、js、font、image 等静态资源放入webapp\static目录下，然后根据需求将HTML页面放入resource目录下。

编写后端

为了使得整体的代码简洁高效，我们严格遵守三层架构模式：

img

表示层只做UI，包括接受请求和相应，给模板添加上下文，以及进行页面的解析，最后响应给浏览器；业务逻辑层才是用于进行数据处理的地方，表示层需要向逻辑层索要数据，才能将数据添加到模板的上下文中；数据访问层一般就是连接数据库，包括增删改查等基本的数据库操作，业务逻辑层如果需要从数据库取数据，就需要向数据访问层请求数据。

贯穿三大层次的当属实体类了，我们还需要创建对应的实体类进行数据的封装，以便于在三层架构中进行数据传递。

测试及验收

界面测试

界面测试：反复不间断地点击各窗体连接，测试其连接情况是否达到预期效果。

发现的问题：无

功能测试

功能测试：对系统各功能模块逐一测试，尽最大可能地发现潜在 BUG 错误。

发现的问题及解决办法：

  • 书籍管理中如果书籍处于已被借阅状态，点击删除信息则会出现 500 服务器内部错误，这是由于添加了外键约束，所以删除失败。

    可以在前端代码中加入判断，如果处于借阅状态则不出现删除信息的超链接，如果未被借阅则出现。

    加入以下代码：th:unless="${book.getValue()}"

性能测试

性能测试：将程序以局域网的形式连接数据库，查看数据连接是否满足多用户的要求。

因为系统功能比较简单，所以无需性能测试。

需求测试

需求测试：根据需求分析的内容，给使用者进行试用，测试软件是否和当初设计的一样能满足各用户需求。

发现的问题：无

成果截图

课程设计心得

遇到的主要问题和解决方法

  1. HTML 表单隐藏域怎么实现？

    参考：HTML 表单隐藏域

  2. ER 图、UML 图及其他图找不到合适的平台来画。

    参考：飞书云文档。

  3. 鉴权不太会。

体会和心得

在进行数据库课程设计时，我们遇到了不少实际问题，其中最常见的问题是数据查询效率较低。这个问题通常是由于数据库设计不当、索引缺失等原因导致的。为此，我们需要对数据库的设计进行深入分析，找出其中的问题，并据此优化数据库的设计和索引，以提高数据查询效率。

另外，在进行高级语言应用开发和数据库交互时，我们需要了解各种编程语言中的数据库API，如Java中的JDBC、Python中的SQLAlchemy等。这些API可以方便地与数据库进行交互，并提供各种操作数据库的接口。同时，我们还需了解如何安全地进行数据交换，例如防止SQL注入等攻击。

在进行前端开发时，我们需要了解基本的前端开发知识和技术，例如HTML、CSS、JavaScript、Jquery等，同时还需要一定的服务器端开发经验。在这个过程中，我们需要注意网络安全问题，例如防止XSS攻击和CSRF攻击等。

在完成数据库课程设计过程中，我们也遇到了不少问题和困难。例如：

  1. 数据库设计不规范：最开始我们的数据库设计不规范，表与表之间的关系不够清晰，导致后期对数据的处理和查询出现了一定的难度。
  2. 代码重构：在开发过程中，发现代码有一定的冗余和重复。需要进行重构，使代码更加规范、易于维护。
  3. 性能优化：随着数据量的增大，我们发现部分操作效率较低。需要对代码进行性能优化，使代码运行更加快速、稳定。

总的来说，完成数据库课程设计需要具备一定的理论知识和实践能力。在实际操作过程中，我们需要不断地思考，尝试不同的解决方案，发现问题并及时解决。这样才能设计出高效、稳定、实用的系统，为日后的工作打下坚实的基础。

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