Java课程设计实验报告的核心内容与难点是什么？

Java课程设计实验报告

项目名称：基于Java Swing的图书管理系统

摘要

本报告详细记录了“基于Java Swing的图书管理系统”的课程设计过程，该系统旨在为小型图书馆或个人提供一个简单、高效、图形化的图书信息管理平台，系统采用Java语言作为开发语言，利用Swing组件库构建用户界面，使用MySQL作为后台数据库存储数据，并通过JDBC技术实现前后端数据交互。

系统实现了用户登录、图书信息的增、删、改、查（CRUD）、用户管理以及借阅记录查询等核心功能，在设计过程中，我们遵循了模块化、面向对象的设计原则，保证了代码的可读性、可维护性和可扩展性，通过本次课程设计，我们不仅巩固了Java编程、数据库操作和GUI设计的理论知识，更提升了分析实际问题、设计解决方案和团队协作的综合能力。

Java；Swing；MySQL；JDBC；图书管理系统；课程设计

1 项目背景与意义

随着信息技术的飞速发展,传统的纸质图书管理方式已无法满足现代图书馆高效、精准的管理需求，手动管理图书信息不仅效率低下，而且容易出错，查询和统计工作也极为繁琐，开发一个功能完善、操作便捷的图书管理系统具有重要的现实意义。

本课程设计项目旨在利用我们所学Java编程知识,特别是面向对象思想和GUI编程技术，结合数据库技术，设计并实现一个功能完备的图书管理系统，该系统不仅能减轻图书管理员的工作负担，还能为读者提供更友好的交互体验，是理论知识与实践应用相结合的绝佳范例。

2 设计目标

1. 功能性目标：

   
   • 实现管理员和读者的多角色登录功能。
   • 实现图书信息的录入、修改、删除和查询功能。
   • 实现读者信息的录入、修改、删除和查询功能。
   • 实现图书的借阅和归还功能,并记录借阅历史。
   • 提供一个直观、易用的图形用户界面。

2. 技术性目标：

   • 熟练运用Java Swing组件进行GUI界面设计与布局。
   • 掌握JDBC技术,实现Java程序与MySQL数据库的连接与数据操作。
   • 运用MVC（Model-View-Controller）设计思想，合理划分系统模块，降低耦合度。
   • 编写结构清晰、注释规范的代码，养成良好的编程习惯。

需求分析

1 功能需求

根据系统设计目标,我们将系统功能划分为以下几个模块：

1. 登录模块：

   • 用户输入用户名和密码。
   • 系统验证用户身份,区分管理员和普通读者。
   • 验证成功后,跳转至相应的功能主界面；失败则提示错误信息。

2. 图书管理模块（管理员）：

   
   • 添加图书： 输入图书的ISBN、书名、作者、出版社、库存数量等信息，保存到数据库。
   • 修改图书： 根据图书ID或书名查询到图书信息后，可对其信息进行修改并更新数据库。
   • 删除图书： 根据图书ID或书名查询到图书信息后，可将其从数据库中删除（需处理外键约束）。
   • 查询图书： 支持按书名、作者、ISBN等条件进行模糊查询和精确查询，并以表格形式展示结果。

3. 读者管理模块（管理员）：

   • 添加读者： 输入读者的学号/工号、姓名、联系方式等信息，保存到数据库。
   • 修改读者： 根据读者ID查询到读者信息后，可进行修改。
   • 删除读者： 根据读者ID删除读者信息（需处理外键约束）。
   • 查询读者： 支持按姓名、学号/工号等条件查询读者信息。

4. 借阅管理模块（管理员和读者）：

   • 借阅图书（管理员）： 输入读者ID和图书ID，系统检查读者借阅上限和图书库存，若满足条件则创建借阅记录，并减少图书库存。
   • 归还图书（管理员）： 输入借阅记录ID或读者和图书信息，执行归还操作，增加图书库存，并更新借阅记录的归还状态。
   • 查询借阅记录（管理员）： 查看所有读者的借阅历史，包括已归还和未归还的记录。
   • 查询我的借阅（读者）： 读者登录后只能查看自己的借阅记录。

2 非功能需求

1. 性能需求： 系统响应时间应在用户可接受的范围内（如查询操作应在2秒内完成）。
2. 易用性需求： 界面布局清晰，操作流程简单直观，用户无需复杂培训即可上手。
3. 可靠性需求： 系统应能稳定运行，具备一定的数据备份和恢复机制（如定期备份数据库）。
4. 安全性需求： 用户密码应加密存储在数据库中，防止泄露，不同角色拥有不同的操作权限。

系统设计

1 系统总体架构

本系统采用经典的三层架构模式，将系统分为表现层、业务逻辑层和数据访问层，如图3-1所示。

• 表现层： 由Java Swing GUI界面构成，负责与用户进行交互，接收用户输入并展示处理结果。
• 业务逻辑层： 负责处理系统的核心业务逻辑，如用户验证、借阅规则判断、数据校验等，它调用数据访问层获取数据，并将处理结果返回给表现层。
• 数据访问层： 负责与MySQL数据库进行交互，执行SQL语句，完成数据的增、删、改、查操作。

这种分层结构使得各层职责明确,降低了模块间的耦合度，便于系统的维护和扩展。

(此处可以画一个简单的三层架构图)

2 数据库设计

根据需求分析,我们设计了以下数据表：

1. 用户表 (t_user) | 字段名 | 数据类型 | 约束 | 描述 | | :--- | :--- | :--- | :--- | | user_id | INT | PRIMARY KEY, AUTO_INCREMENT | 用户ID | | username | VARCHAR(50) | UNIQUE, NOT NULL | 用户名 | | password | VARCHAR(255) | NOT NULL | 密码（MD5加密） | | role | VARCHAR(20) | NOT NULL | 角色（'admin' 或 'user'） | | name | VARCHAR(50) | | 姓名 |

2. 图书表 (t_book) | 字段名 | 数据类型 | 约束 | 描述 | | :--- | :--- | :--- | :--- | | book_id | INT | PRIMARY KEY, AUTO_INCREMENT | 图书ID | | isbn | VARCHAR(20) | UNIQUE, NOT NULL | ISBN号 | | title | VARCHAR(100) | NOT NULL | 书名 | | author | VARCHAR(100) | | 作者 | | publisher | VARCHAR(100) | | 出版社 | | stock | INT | DEFAULT 0 | 库存数量 |

3. 借阅记录表 (t_borrow) | 字段名 | 数据类型 | 约束 | 描述 | | :--- | :--- | :--- | :--- | | borrow_id | INT | PRIMARY KEY, AUTO_INCREMENT | 借阅记录ID | | user_id | INT | FOREIGN KEY (t_user.user_id) | 用户ID | | book_id | INT | FOREIGN KEY (t_book.book_id) | 图书ID | | borrow_date | DATE | NOT NULL | 借出日期 | | due_date | DATE | NOT NULL | 应还日期 | | return_date | DATE | | 实际归还日期（NULL表示未归还） |

(此处可以画出E-R图)

3 类设计

根据面向对象思想,我们将系统功能封装在不同的类中。

• DBUtil.java: 数据库工具类，负责加载驱动、获取连接、关闭资源等。
• User.java: 用户实体类，对应t_user表。
• Book.java: 图书实体类，对应t_book表。
• BorrowRecord.java: 借阅记录实体类，对应t_borrow表。
• UserDao.java: 用户数据访问对象，处理用户相关的数据库操作。
• BookDao.java: 图书数据访问对象，处理图书相关的数据库操作。
• BorrowDao.java: 借阅数据访问对象，处理借阅相关的数据库操作。
• LoginFrame.java: 登录界面。
• MainFrame.java: 主界面，根据用户角色显示不同功能菜单。
• BookManagePanel.java: 图书管理面板。
• UserManagePanel.java: 读者管理面板。
• BorrowPanel.java: 借阅管理面板。

详细设计与实现

1 关键技术与难点

1. Swing界面布局：

   • 难点： 复杂界面的组件排列和响应式布局。
   • 解决方案： 综合使用BorderLayout、FlowLayout、GridLayout和GridBagLayout等布局管理器，对于复杂的表格和输入表单，优先使用GridBagLayout以实现精确控制。

2. 数据库连接与事务处理：

   • 难点： 保证数据操作的原子性，例如借书操作需要同时更新t_borrow表和t_book表的库存。
   • 解决方案： 使用Connection对象的setAutoCommit(false)方法手动开启事务，在所有操作成功后调用commit()提交，若发生异常则调用rollback()回滚。

   // 伪代码示例
   Connection conn = DBUtil.getConnection();
   try {
       conn.setAutoCommit(false);
       // 1. 更新图书库存
       bookDao.updateStock(conn, bookId, -1);
       // 2. 添加借阅记录
       borrowDao.addBorrowRecord(conn, record);
       conn.commit(); // 提交事务
   } catch (SQLException e) {
       conn.rollback(); // 回滚事务
       e.printStackTrace();
   } finally {
       conn.setAutoCommit(true); // 恢复默认提交模式
       DBUtil.closeConnection(conn);
   }

3. 表格数据动态更新：

   • 难点： 在JTable中实时显示数据库中的最新数据。
   • 解决方案： 使用DefaultTableModel作为JTable的数据模型，每次查询或操作数据后，先清空DefaultTableModel，然后将查询结果重新填充到模型中，并调用fireTableDataChanged()方法通知表格刷新。

   // 伪代码示例
   DefaultTableModel model = (DefaultTableModel) jTable.getModel();
   model.setRowCount(0); // 清空表格
   List<Book> books = bookDao.queryAllBooks();
   for (Book book : books) {
       model.addRow(new Object[]{book.getBookId(), book.getTitle(), book.getAuthor(), book.getStock()});
   }

2 核心代码片段

DBUtil.java - 获取数据库连接

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public class DBUtil {
    private static final String URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/library_db?useSSL=false&serverTimezone=UTC";
    private static final String USER = "root";
    private static final String PASSWORD = "your_password";
    static {
        try {
            Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD);
    }
    public static void closeConnection(Connection conn) {
        if (conn != null) {
            try {
                conn.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

BookDao.java - 查询图书方法

import java.sql.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class BookDao {
    public List<Book> queryBooksByKeyword(String keyword) {
        List<Book> books = new ArrayList<>();
        String sql = "SELECT * FROM t_book WHERE title LIKE ? OR author LIKE ?";
        try (Connection conn = DBUtil.getConnection();
             PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql)) {
            pstmt.setString(1, "%" + keyword + "%");
            pstmt.setString(2, "%" + keyword + "%");
            ResultSet rs = pstmt.executeQuery();
            while (rs.next()) {
                Book book = new Book();
                book.setBookId(rs.getInt("book_id"));
                book.setIsbn(rs.getString("isbn"));
                book.setTitle(rs.getString("title"));
                book.setAuthor(rs.getString("author"));
                book.setPublisher(rs.getString("publisher"));
                book.setStock(rs.getInt("stock"));
                books.add(book);
            }
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return books;
    }
    // ... 其他增删改方法
}

系统测试

1 测试环境

• 硬件环境： Intel Core i5, 16GB RAM
• 操作系统： Windows 11
• 软件环境：
  • JDK 17
  • IntelliJ IDEA 2025.1
  • MySQL 8.0
  • MySQL Connector/J 8.0

2 测试用例

3 测试结果分析

经过上述测试,系统的主要功能均按预期正常工作，测试结果表明，系统在逻辑处理、数据一致性和用户交互方面表现良好，未发现严重的功能性缺陷，一些UI细节（如字体大小、对齐方式）在后续版本中可以进一步优化。

总结与展望

1 项目总结

本次Java课程设计成功地实现了一个基于Java Swing和MySQL的图书管理系统，通过该项目，我们全面地实践了Java面向对象编程、GUI设计、数据库操作等核心知识点，在开发过程中，我们遇到了诸如事务处理、界面布局等技术难题，但通过查阅资料、团队讨论和不懈努力，最终都得到了有效解决，这不仅锻炼了我们独立解决问题的能力，也让我们深刻体会到软件工程中“分析-设计-编码-测试”这一完整流程的重要性。

2 不足之处

1. 安全性有待加强： 目前系统功能较为简单，未实现更高级的安全机制，如SQL注入防护（虽然使用了PreparedStatement，但可以进一步封装）、权限细化（如管理员A不能删除管理员B的数据）等。
2. 用户体验可优化： 界面设计较为朴素，可以引入更美观的UI皮肤或自定义组件，部分操作流程可以更加简化，例如支持扫码借阅。
3. 功能不够完善： 缺少图书分类、逾期罚款、数据统计与报表生成等高级功能。

3 未来展望

在未来的版本中,我们可以从以下几个方面对系统进行升级和完善：

1. 引入Web技术： 将系统从桌面应用升级为B/S（浏览器/服务器）架构，使用Spring Boot + Vue.js等技术栈，使其可以通过网络访问，适用范围更广。
2. 增强功能模块： 增加图书推荐系统、用户评论、在线预约等功能，提升系统的智能化和用户友好度。
3. 优化性能： 对于数据量大的情况，可以引入缓存机制（如Redis）和数据库索引优化查询性能。
4. 部署与运维： 学习使用Docker进行容器化部署，使系统的部署和迁移更加便捷。

参考文献

[1] 赵满柱, 刘慧. Java程序设计[M]. 北京: 高等教育出版社, 2025. [2] Cay S. Horstmann. Java核心技术 卷I：基础知识（第11版）[M]. 周立, 译. 北京: 机械工业出版社, 2025. [3] Ben Forta. MySQL必知必会[M]. 钟鸣, 刘晓霞, 译. 北京: 人民邮电出版社, 2025. [4] (可选) 在线技术文档, 如Oracle官方文档、MySQL官方文档等。

附录：核心代码清单

• src/main/java/com/yourpackage/ 目录下的所有Java源文件。
  • DBUtil.java
  • entity/User.java, entity/Book.java, entity/BorrowRecord.java
  • dao/UserDao.java, dao/BookDao.java, dao/BorrowDao.java
  • ui/LoginFrame.java, ui/MainFrame.java
  • ... (其他所有UI和DAO类)

报告撰写人： [你的姓名] 学 号： [你的学号] 指导教师： [指导教师姓名] 完成日期： [年/月/日]

标签： 异常处理 多线程同步