学生信息管理系统DAO模式改造报告

学生信息管理系统DAO模式改造报告

目录

1. 项目概述
2. 需求分析
   • 2.1 功能需求
   • 2.2 设计与规范需求
3. 系统设计
   • 3.1 DAO模式核心架构设计
   • 3.2 包结构设计
   • 3.3 关键类关系图
4. 系统实现
   • 4.1 核心代码实现与说明
   • 4.2 原系统代码改造点
   • 4.3 难点与解决方案
5. 系统测试
   • 5.1 测试用例设计
   • 5.2 测试结果分析
6. 项目总结

一、项目概述

1.1 原系统核心功能

原学生信息管理系统基于Java语言开发，核心功能包括：

• 学生信息添加：支持录入姓名、年龄、性别、ID、专业、GPA等信息
• 学生信息删除：通过学生ID进行唯一删除
• 多条件查询：支持按姓名、专业、GPA查询学生信息
• 数据展示：可查看系统中所有学生的完整信息

系统通过Student类封装学生数据，StudentManagementSystem类实现数据管理逻辑，Main类提供控制台交互界面。

1.2 原系统局限

1. 存储方式单一：仅依赖内存List集合存储数据，程序退出后数据全部丢失
2. 扩展性差：数据操作与业务逻辑耦合，新增存储方式需大幅修改核心代码
3. 无持久化能力：无法满足用户对数据长期保存的实际需求

1.3 改造目标

采用DAO（Data Access Object）设计模式，实现三种数据存取模式的无缝切换：

1. List内存存储模式（原功能保留）
2. 文本文件持久化存储模式
3. Excel文件持久化存储模式

通过工厂模式实现存储策略的动态切换，使主程序与数据访问逻辑解耦。

1.4 改造价值

1. 掌握"接口定义与实现分离"的设计思想，理解面向接口编程的优势
2. 提升系统可扩展性，新增存储方式（如数据库）时无需修改主程序
3. 增强系统实用性，满足不同场景下的数据持久化需求
4. 规范代码结构，提高系统可维护性

二、需求分析

2.1 功能需求

1. 兼容性需求

   • 完全保留原系统的所有交互逻辑和功能点
   • 用户操作流程不变，仅增加存储模式选择入口
   • 支持原有所有查询条件和数据展示格式

2. 存储模式需求

   • 三种存储模式可独立运行，数据存储相互隔离
   • 模式切换时自动迁移当前数据到新存储介质
   • 支持存储模式的动态切换，无需重启程序

3. 数据安全需求

   • 文本文件存储：实现文件不存在时自动创建，读写权限不足时给出明确提示
   • Excel文件存储：处理文件损坏、版本不兼容等异常情况
   • 所有存储模式需验证学生ID唯一性，防止重复添加

4. 易用性需求

   • 主菜单增加存储模式选择项（1-List/2-文本/3-Excel）
   • 模式切换时显示清晰的操作提示（如"正在从文本模式切换到Excel模式..."）
   • 数据操作失败时提供友好的错误信息（如"文件写入失败，请检查磁盘空间"）

2.2 设计与规范需求

1. 包结构规范

   • 按功能职责划分包，避免类文件混乱
   • 每个包的职责单一，如工具类仅存放通用方法

2. 命名规范

   • 类名：采用帕斯卡命名法（首字母大写），如TextFileStudentDAO
   • 方法名：采用驼峰命名法（首字母小写），如searchByMajor
   • 接口名：以I为前缀或直接使用功能名称，如StudentDAO
   • 包名：全小写，多单词用点分隔，如com.student.dao.impl

3. 扩展性需求

   • 新增存储模式时，只需实现StudentDAO接口并在工厂类中添加对应逻辑
   • 主程序与DAO实现类完全解耦，通过接口进行交互
   • 工具类设计为静态方法，便于后续功能复用

三、系统设计

3.1 DAO模式核心架构设计

1. DAO接口（StudentDAO）
   定义所有数据操作的标准方法，包括：

   • addStudent(Student student)：添加学生
   • deleteStudent(String id)：删除学生
   • searchByName(String name)：按姓名查询
   • searchByMajor(String major)：按专业查询
   • searchByGpa(double gpa)：按GPA查询
   • getAllStudents()：获取所有学生
   • exists(String id)：验证ID是否存在

2. DAO实现类

   • ListStudentDAO：基于内存List实现数据操作（复用原系统逻辑）
   • TextFileStudentDAO：基于文本文件实现持久化存储
   • ExcelStudentDAO：基于Excel文件实现持久化存储

3. 工厂类（DAOFactory）
   提供静态方法getStudentDAO(String mode)，根据模式参数返回对应DAO实例：

   • 模式参数"list" → 返回ListStudentDAO实例
   • 模式参数"text" → 返回TextFileStudentDAO实例
   • 模式参数"excel" → 返回ExcelStudentDAO实例

3.2 包结构设计

com.student
├── model           // 实体类包
│   └── Student.java  // 学生实体类
├── dao             // DAO接口包
│   └── StudentDAO.java  // 学生数据访问接口
├── dao.impl        // DAO实现类包
│   ├── ListStudentDAO.java
│   ├── TextFileStudentDAO.java
│   └── ExcelStudentDAO.java
├── util            // 工具类包
│   ├── FileUtil.java    // 文本文件处理工具
│   └── ExcelUtil.java   // Excel文件处理工具
└── main            // 主程序包└── Main.java        // 程序入口与交互逻辑

各包职责：

• model：存放实体类，封装数据属性及get/set方法
• dao：定义数据访问接口，规范数据操作
• dao.impl：实现具体的数据存储逻辑，屏蔽不同存储方式差异
• util：提供文件读写、Excel处理等通用功能
• main：处理用户交互，通过工厂类获取DAO实例并调用接口方法

3.3 关键类关系图

classDiagramdirection LRclass StudentDAO {+addStudent(Student) boolean+deleteStudent(String) boolean+searchByName(String) List~Student~+searchByMajor(String) List~Student~+searchByGpa(double) List~Student~+getAllStudents() List~Student~+exists(String) boolean}class ListStudentDAO {-List~Student~ students+addStudent(Student) boolean+deleteStudent(String) boolean+searchByName(String) List~Student~+searchByMajor(String) List~Student~+searchByGpa(double) List~Student~+getAllStudents() List~Student~+exists(String) boolean}class TextFileStudentDAO {-String filePath+addStudent(Student) boolean+deleteStudent(String) boolean+searchByName(String) List~Student~+searchByMajor(String) List~Student~+searchByGpa(double) List~Student~+getAllStudents() List~Student~+exists(String) boolean}class ExcelStudentDAO {-String filePath+addStudent(Student) boolean+deleteStudent(String) boolean+searchByName(String) List~Student~+searchByMajor(String) List~Student~+searchByGpa(double) List~Student~+getAllStudents() List~Student~+exists(String) boolean}class DAOFactory {+getStudentDAO(String) StudentDAO}StudentDAO <|-- ListStudentDAOStudentDAO <|-- TextFileStudentDAOStudentDAO <|-- ExcelStudentDAODAOFactory --> ListStudentDAODAOFactory --> TextFileStudentDAODAOFactory --> ExcelStudentDAO

四、系统实现

4.1 核心代码实现与说明

4.1.1 StudentDAO接口

package com.student.dao;import com.student.model.Student;
import java.util.List;public interface StudentDAO {/*** 添加学生* @param student 学生对象* @return 成功返回true，ID重复返回false*/boolean addStudent(Student student);/*** 删除学生* @param id 学生ID* @return 成功返回true，未找到返回false*/boolean deleteStudent(String id);// 其他方法定义...
}

4.1.2 DAOFactory类

package com.student.dao;import com.student.dao.impl.ExcelStudentDAO;
import com.student.dao.impl.ListStudentDAO;
import com.student.dao.impl.TextFileStudentDAO;public class DAOFactory {/*** 根据模式获取DAO实例* @param mode 存储模式：list/text/excel* @return 对应的StudentDAO实现类*/public static StudentDAO getStudentDAO(String mode) {switch (mode.toLowerCase()) {case "text":return new TextFileStudentDAO("students.txt");case "excel":return new ExcelStudentDAO("students.xlsx");case "list":default:return new ListStudentDAO();}}
}

4.1.3 TextFileStudentDAO（关键方法）

package com.student.dao.impl;// 导入语句省略...public class TextFileStudentDAO implements StudentDAO {private String filePath;public TextFileStudentDAO(String filePath) {this.filePath = filePath;// 确保文件存在FileUtil.createFileIfNotExists(filePath);}@Overridepublic boolean addStudent(Student student) {if (exists(student.getId())) {return false;}// 格式：ID,姓名,年龄,性别,专业,GPAString line = String.format("%s,%s,%d,%s,%s,%.1f",student.getId(),student.getName(),student.getAge(),student.getGender(),student.getMajor(),student.getGpa());return FileUtil.appendLine(filePath, line);}@Overridepublic List<Student> getAllStudents() {List<String> lines = FileUtil.readAllLines(filePath);List<Student> students = new ArrayList<>();for (String line : lines) {String[] parts = line.split(",");// 解析字符串为Student对象Student s = new Student(parts[1],Integer.parseInt(parts[2]),parts[3],parts[0],parts[4],Double.parseDouble(parts[5]));students.add(s);}return students;}// 其他方法实现...
}

4.1.4 主程序模式切换逻辑

// 在Main类中添加存储模式选择
System.out.println("请选择存储模式：1-内存List 2-文本文件 3-Excel文件");
int modeChoice = scanner.nextInt();
String mode = "list";
switch (modeChoice) {case 2:mode = "text";break;case 3:mode = "excel";break;
}
// 获取DAO实例
StudentDAO studentDAO = DAOFactory.getStudentDAO(mode);

4.2 原系统代码改造点

1. 移除StudentManagementSystem类：将其数据操作逻辑迁移至ListStudentDAO
2. 重构Main类：
   • 移除直接依赖StudentManagementSystem的代码
   • 通过DAOFactory获取数据访问对象
   • 增加存储模式选择菜单
3. 优化Student类：
   • 调整包路径至com.student.model
   • 保持原有属性和方法不变，确保兼容性

改造前后对比：

• 原代码：StudentManagementSystem sms = new StudentManagementSystem();
• 改造后：StudentDAO dao = DAOFactory.getStudentDAO(mode);

所有数据操作从直接调用StudentManagementSystem方法改为调用StudentDAO接口方法，实现了解耦。

4.3 难点与解决方案

1. 问题1：文本文件ID重复检测效率低

   • 问题：每次添加学生需读取整个文件检查ID是否存在
   • 解决方案：

     // 缓存所有ID到内存Set，减少IO操作
     private Set<String> loadAllIds() {Set<String> ids = new HashSet<>();for (Student s : getAllStudents()) {ids.add(s.getId());}return ids;
     }
     

2. 问题2：Excel大文件读写内存溢出

   • 问题：POI读取大型Excel文件时容易发生OOM
   • 解决方案：使用SXSSFWorkbook实现流式处理

     // ExcelUtil中添加大数据处理方法
     public static SXSSFWorkbook createLargeWorkbook() {// 只保留100行在内存，超过则写入临时文件return new SXSSFWorkbook(100);
     }
     

3. 问题3：模式切换时数据迁移

   • 问题：切换存储模式后原有数据丢失
   • 解决方案：切换前导出数据，切换后导入

     // 模式切换逻辑
     List<Student> temp = currentDAO.getAllStudents();
     StudentDAO newDAO = DAOFactory.getStudentDAO(newMode);
     for (Student s : temp) {newDAO.addStudent(s);
     }
     currentDAO = newDAO;
     

五、系统测试

5.1 测试用例设计

测试场景	测试步骤	预期结果
List模式-添加与查询	1. 选择List模式；2. 添加学生（ID:001,姓名:张三）；3. 按姓名查询“张三”	查询结果包含ID为001的学生信息
文本模式-删除功能	1. 选择文本模式；2. 添加学生（ID:002）；3. 输入ID 002删除；4. 查看所有学生	学生列表中无ID为002的记录，文本文件中对应行被删除
Excel模式-GPA查询	1. 选择Excel模式；2. 添加2个GPA=3.5的学生；3. 按GPA=3.5查询	查询结果返回2条记录，Excel文件中数据正确保存
模式切换（List→Excel）	1. List模式添加3名学生；2. 切换到Excel模式；3. 在Excel模式查看所有学生	Excel模式下能看到3名学生信息，数据完整无丢失
ID重复添加验证	1. 任意模式；2. 连续添加相同ID的学生	第二次添加失败，提示“ID已存在”
文本文件权限不足处理	1. 选择文本模式；2. 将文件设置为只读；3. 尝试添加学生	操作失败，提示“文件写入失败，请检查权限”

5.2 测试结果分析

所有测试用例均通过验证，关键结果说明：

1. 三种存储模式独立运行正常，数据操作结果符合预期
2. 模式切换功能实现数据完整迁移，无信息丢失
3. 异常处理机制有效：
   • 文件不存在时自动创建新文件
   • 权限不足时给出明确错误提示
   • ID重复添加被有效拦截

发现的问题及修复：

• 问题：Excel模式中GPA读取为字符串类型导致查询失败
• 修复方案：使用cell.getNumericCellValue()方法正确获取数值

  // 修复前
  double gpa = Double.parseDouble(cell.getStringCellValue());
  // 修复后
  double gpa = cell.getNumericCellValue();
  

六、项目总结

6.1 完成情况

已完全实现需求中规定的所有功能：

• 三种存储模式（List/文本/Excel）的独立运行与自由切换
• 完整保留原系统的所有核心功能与交互逻辑
• 实现模式切换时的数据自动迁移
• 完善的异常处理机制

6.2 收获与不足

收获：

1. 深入理解DAO模式的设计思想，掌握接口与实现分离的编程技巧
2. 熟练运用Java IO流进行文本文件操作，掌握POI库处理Excel文件的方法
3. 学会使用工厂模式实现对象创建的解耦，提升系统扩展性

不足：

1. 文本文件存储未实现数据加密，存在数据泄露风险
2. Excel模式查询效率较低，未实现索引机制
3. 大数据量（10000+条记录）下内存占用较高

6.3 改进方向

1. 功能扩展：

   • 新增MySQL数据库存储模式，实现JDBCStudentDAO
   • 添加数据导出功能，支持在任意模式下导出为Excel

2. 性能优化：

   • 为文本和Excel存储添加索引文件，提升查询速度
   • 实现分页查询，减少大数据量下的内存消耗

3. 安全增强：

   • 对文本和Excel文件进行AES加密处理
   • 添加用户认证机制，区分管理员和普通用户权限

通过本次改造，系统的可扩展性和实用性得到显著提升，充分体现了DAO模式在数据访问层设计中的优势，为后续功能迭代奠定了良好基础。