需求分析与设计

明确项目目标和功能需求，设计系统架构和模块划分

学习目标

完成学生管理系统的需求文档和架构设计图

1

核心功能需求

  • 学生信息管理（增删改查）
  • 班级管理（创建、修改、删除）
  • 成绩录入与统计分析
  • 用户权限管理（管理员、教师、学生）
  • 数据导出功能（Excel格式）
2

系统架构设计

  • 三层架构设计：表现层、业务层、数据层
  • MVC模式：模型-视图-控制器分离
  • 使用Spring Boot框架简化开发
  • MySQL作为数据库存储

表现层

Swing/控制台界面

业务层

Service组件

数据层

DAO组件

数据库

MySQL

设计要点

在设计阶段，要特别注意模块之间的解耦。例如，数据访问层（DAO）应该完全独立于业务逻辑层（Service），这样当需要更换数据库时（如从MySQL迁移到PostgreSQL），只需修改DAO实现而不影响业务逻辑。

常见错误

1. 需求不明确导致后期频繁变更
2. 模块职责划分不清，导致代码耦合度高
3. 未考虑扩展性，导致系统难以维护

数据库设计与实现

设计数据库表结构，创建数据库和表，建立表关系

学习目标

完成学生管理系统数据库设计，创建所有表结构

1

关键数据表设计

  • 学生表(student)：id, 姓名, 性别, 出生日期, 班级ID
  • 班级表(class)：id, 班级名称, 班主任, 创建时间
  • 成绩表(score)：id, 学生ID, 课程, 分数, 考试时间
  • 用户表(user)：id, 用户名, 密码, 角色
2

表关系设计

  • 一个班级有多个学生（1:N）
  • 一个学生有多条成绩记录（1:N）
  • 用户表独立，通过角色控制权限

创建学生表SQL示例

CREATE TABLE student (
	id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
	name VARCHAR(50) NOT NULL,
	gender ENUM('男', '女') NOT NULL,
	birth_date DATE NOT NULL,
	class_id INT NOT NULL,
	created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
	updated_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
	FOREIGN KEY (class_id) REFERENCES class(id) ON DELETE CASCADE
);

数据库优化

1. 为经常查询的字段添加索引（如学生姓名、班级ID）
2. 使用InnoDB引擎支持事务和外键
3. 合理设置字段类型和长度，避免空间浪费

实践任务

  • 创建班级表、成绩表和用户表
  • 为各表添加外键约束
  • 插入测试数据（至少5个班级，30名学生）

数据访问层开发（DAO）

实现数据库操作接口，封装CRUD方法

学习目标

完成所有数据实体的DAO接口和实现类

1

DAO接口设计

  • 为每个实体创建DAO接口
  • 定义CRUD基本操作方法
  • 添加必要的查询方法
2

实现技术选择

  • Spring Data JPA（推荐）
  • MyBatis（灵活SQL）
  • JDBC Template（简单场景）

使用Spring Data JPA的DAO示例

public interface StudentRepository extends JpaRepository<Student, Long> {

	// 根据姓名查询学生
List<Student> findByName(String name);

	// 根据班级ID查询学生
List<Student> findByClassId(Long classId);

	// 根据姓名模糊查询
List<Student> findByNameContaining(String keyword);
}

常见错误

1. SQL注入风险（使用预编译语句解决）
2. 事务管理不当（使用@Transactional注解）
3. N+1查询问题（使用JOIN FETCH优化）
4. 连接泄漏（使用try-with-resources）

DAO层最佳实践

1. 每个DAO方法应只完成一个数据库操作
2. 使用Optional处理可能为空的结果
3. 批量操作使用JPA的saveAll()方法
4. 复杂查询使用@Query注解编写JPQL

业务逻辑层开发（Service）

实现业务规则和处理流程，协调多个DAO操作

学习目标

完成学生管理系统的核心业务逻辑实现

1

服务接口设计

  • 为每个业务实体创建Service接口
  • 定义业务方法（如添加学生、计算平均分）
  • 接口与实现分离，便于测试和扩展
2

事务管理

  • 使用@Transactional注解管理事务
  • 设置合适的事务传播行为
  • 处理并发和锁机制

学生服务实现示例

@Service
public class StudentServiceImpl implements StudentService {

	@Autowired
	private StudentRepository studentRepository;

	@Autowired
	private ClassService classService;

	@Override
	@Transactional
	public Student addStudent(Student student) {
	// 检查班级是否存在
	if (!classService.existsById(student.getClassId())) {
	throw new IllegalArgumentException("班级不存在");
}

	// 保存学生信息
	return studentRepository.save(student);
}

	@Override
	public double calculateAverageScore(Long studentId) {
List<Score> scores = scoreRepository.findByStudentId(studentId);
	if (scores.isEmpty()) {
	return 0.0;
}

	double sum = scores.stream()
	  .mapToDouble(Score::getValue)
	  .sum();
	  
	return sum / scores.size();
}
}

业务层设计原则

1. 单一职责原则：每个Service只处理单一业务
2. 依赖倒置原则：依赖接口而不是具体实现
3. 开闭原则：对扩展开放，对修改关闭
4. 使用DTO在不同层之间传输数据

实践任务

  • 实现学生添加、更新和删除业务逻辑
  • 编写班级学生统计方法
  • 实现成绩分析服务（最高分、最低分、平均分）

用户界面开发

实现控制台或Swing图形界面，与用户交互

学习目标

完成学生管理系统的用户界面，实现基本功能

1

控制台界面

  • 简单易实现，适合初期开发
  • 使用Scanner接收用户输入
  • 通过命令行菜单导航
2

Swing图形界面

  • 提供更好的用户体验
  • 使用JFrame、JPanel等组件
  • 结合MVC模式分离界面和逻辑

控制台主菜单示例

public class ConsoleUI {

	private Scanner scanner = new Scanner(System.in);
	private StudentService studentService;

	public void start() {
	while (true) {
System.out.println("\n==== 学生管理系统 ====");
System.out.println("1. 添加学生");
System.out.println("2. 查询学生");
System.out.println("3. 删除学生");
System.out.println("4. 退出系统");
System.out.print("请选择操作: ");

	int choice = scanner.nextInt();
scanner.nextLine(); // 消耗换行符

	switch (choice) {
	case 1:
    addStudent();
	break;
	case 2:
    searchStudents();
	break;
	case 3:
    deleteStudent();
	break;
	case 4:
    System.out.println("感谢使用，再见！");
	return;
	default:
    System.out.println("无效选择，请重新输入");
}
}
}

	private void addStudent() {
	// 实现添加学生逻辑
}

	// 其他方法实现...
}

界面开发建议

1. 保持界面与业务逻辑分离
2. 为Swing界面使用单独的线程（SwingUtilities.invokeLater）
3. 使用数据绑定简化界面更新
4. 为耗时操作添加进度指示器

界面层常见错误

1. 在事件调度线程(EDT)中执行耗时操作导致界面卡顿
2. 未进行输入验证，导致异常或数据不一致
3. 界面组件命名混乱，难以维护
4. 缺乏国际化支持

项目部署

将应用程序部署到服务器或生成可执行文件

学习目标

掌握Spring Boot应用的多种部署方式

生成可执行JAR

使用Maven或Gradle打包项目：

# Maven 打包命令
mvn clean package

# 生成的可执行JAR位于target目录
java -jar student-management.jar

Docker容器化部署

创建Dockerfile构建镜像：

# Dockerfile 示例
FROM openjdk:17-jdk-alpine
VOLUME /tmp
ARG JAR_FILE=target/*.jar
COPY ${JAR_FILE} app.jar
ENTRYPOINT ["java","-jar","/app.jar"]

构建并运行容器：

docker build -t student-app .
docker run -p 8080:8080 student-app

部署到Tomcat服务器

1. 修改pom.xml设置打包方式为war
2. 排除内嵌Tomcat依赖
3. 实现SpringBootServletInitializer
4. 打包部署到外部Tomcat

部署检查清单

  • 确保数据库连接配置正确
  • 设置合适的JVM内存参数
  • 配置生产环境日志级别
  • 添加健康检查端点
  • 设置安全防护（如CSRF、XSS）

周末测试

全面测试系统功能，验证项目开发成果

学习目标

完成学生管理系统的功能测试和性能测试

功能测试用例

测试项 测试步骤 预期结果
添加学生 输入有效学生信息并提交 学生信息正确保存到数据库
查询学生 按姓名或班级查询 返回正确学生列表
删除学生 选择学生并删除 学生信息从数据库移除
成绩统计 为多个学生添加成绩 计算并显示正确的平均分

性能测试要点

并发测试

  • 使用JMeter模拟多用户
  • 测试50并发下的响应时间
  • 监控系统资源使用情况

压力测试

  • 逐步增加负载至系统崩溃点
  • 记录最大吞吐量
  • 识别系统瓶颈

稳定性测试

  • 持续运行系统24小时
  • 监控内存泄漏情况
  • 检查日志是否有错误

测试常见问题

1. 边界条件未充分测试（如空列表、最大长度）
2. 未模拟异常场景（如数据库连接失败）
3. 缺乏自动化测试，回归测试效率低
4. 性能测试环境与生产环境差异大

测试改进建议

1. 使用JUnit编写单元测试，确保核心逻辑正确
2. 使用Mockito模拟依赖组件
3. 集成测试使用Testcontainers创建真实数据库环境
4. 使用JaCoCo检查测试覆盖率