【Java 基础篇】Java 图书管理系统详解

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介绍

图书管理系统是一种用于管理图书信息、借阅记录、用户信息等的软件系统。它可以帮助图书馆、书店或个人管理和组织图书资源，提供了方便的借阅和查询功能。在这篇博客中，我们将详细介绍如何使用Java编程语言创建一个简单的图书管理系统。

功能需求

在设计图书管理系统之前，我们首先需要明确系统应该具备的功能需求。以下是一个简单的功能列表：

添加图书：管理员可以添加新的图书信息，包括书名、作者、出版社、ISBN号等。
删除图书：管理员可以删除已有的图书信息。
查询图书：用户可以通过关键字搜索图书，系统将返回匹配的图书列表。
借阅图书：用户可以借阅图书，并记录借阅时间。
归还图书：用户可以归还已借阅的图书，并记录归还时间。
查看借阅记录：用户可以查看自己的借阅记录，包括借阅时间、归还时间等。
用户管理：管理员可以管理用户信息，包括添加、删除用户。
权限管理：管理员可以设置用户的权限，例如普通用户和管理员用户。

数据模型

在设计图书管理系统时，首先需要考虑数据模型，即如何存储和管理图书信息、用户信息、借阅记录等数据。以下是一个简化的数据模型示意图：

Book
- ID
- Title
- Author
- Publisher
- ISBN
- Status (Available, Checked Out)
- Borrower ID (if checked out)
- Due Date (if checked out)User
- ID
- Name
- Email
- Password
- Role (Admin, User)BorrowRecord
- ID
- Book ID
- User ID
- Borrow Date
- Return Date

数据模型包括三个主要实体：图书（Book）、用户（User）和借阅记录（BorrowRecord）。图书实体包括图书的基本信息和当前状态，用户实体包括用户的基本信息和角色，借阅记录实体用于记录图书的借阅和归还情况。

架构设计

在开始编写代码之前，我们需要考虑系统的架构设计。通常，一个图书管理系统可以分为以下几个模块：

用户管理模块：负责用户的注册、登录和权限管理。
图书管理模块：负责图书的添加、删除、查询和状态管理。
借阅管理模块：负责借阅和归还图书，以及记录借阅记录。
数据存储模块：负责将数据存储到数据库或文件中，以及从数据库或文件中检索数据。

接下来，我们将逐步实现这些模块。

开发环境和工具

在开始编写代码之前，确保您已经准备好了以下开发环境和工具：

Java开发工具（例如Eclipse、IntelliJ IDEA或VS Code）
数据库（可以选择关系型数据库如MySQL或SQLite，也可以选择文件存储）
Java数据库连接库（例如JDBC）
项目构建工具（例如Maven或Gradle）

用户管理模块

用户实体类

首先，让我们创建一个用户实体类，用于表示系统中的用户信息。用户实体包括ID、用户名、密码、邮箱和角色。

public class User {private int id;private String username;private String password;private String email;private UserRole role;// 构造函数、getter和setter方法
}

UserRole是一个枚举类型，表示用户的角色，可以定义为管理员和普通用户。

public enum UserRole {ADMIN,USER
}

用户数据访问对象（DAO）

接下来，创建一个用户数据访问对象（DAO），用于与数据库或文件进行用户的数据交互。我们将使用JDBC（Java Database Connectivity）来连接数据库并执行数据库操作。

首先，我们需要建立数据库连接。假设我们选择MySQL数据库，以下是建立数据库连接的示例代码：

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;public class DatabaseConnection {private static final String URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/library";private static final String USERNAME = "root";private static final String PASSWORD = "password";public static Connection getConnection() throws SQLException {return DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD);}
}

在上面的示例中，我们使用JDBC连接了名为"library"的MySQL数据库，使用用户名"root"和密码"password"。请根据您的实际数据库配置进行更改。

接下来，创建一个用户DAO类，用于执行用户相关的数据库操作，包括用户的添加、删除、查询和权限管理。以下是一个简单的用户DAO示例：

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class UserDao {private Connection connection;public UserDao() {try {connection = DatabaseConnection.getConnection();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 添加用户public void addUser(User user) {String sql = "INSERT INTO users (username, password, email, role) VALUES (?, ?, ?, ?)";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setString(1, user.getUsername());preparedStatement.setString(2, user.getPassword());preparedStatement.setString(3, user.getEmail());preparedStatement.setString(4, user.getRole().toString());preparedStatement.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 删除用户public void deleteUser(int userId) {String sql = "DELETE FROM users WHERE id = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setInt(1, userId);preparedStatement.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 根据用户名查询用户public User getUserByUsername(String username) {String sql = "SELECT * FROM users WHERE username = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setString(1, username);ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();if (resultSet.next()) {return extractUserFromResultSet(resultSet);}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}return null;}// 查询所有用户public List<User> getAllUsers() {List<User> userList = new ArrayList<>();String sql = "SELECT * FROM users";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();while (resultSet.next()) {userList.add(extractUserFromResultSet(resultSet));}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}return userList;}// 从ResultSet提取用户信息private User extractUserFromResultSet(ResultSet resultSet) throws SQLException {User user = new User();user.setId(resultSet.getInt("id"));user.setUsername(resultSet.getString("username"));user.setPassword(resultSet.getString("password"));user.setEmail(resultSet.getString("email"));user.setRole(UserRole.valueOf(resultSet.getString("role")));return user;}
}

上述示例中，我们创建了一个UserDao类，该类包含了添加用户、删除用户、查询用户和查询所有用户的方法。这些方法使用了预备语句（PreparedStatement）来执行SQL查询和更新操作，并将查询结果映射到User对象。

用户服务类

用户服务类用于处理用户管理模块的业务逻辑。它可以调用用户DAO来执行数据库操作，例如添加用户、删除用户、查询用户等。

以下是一个简单的用户服务类示例：

public class UserService {private UserDao userDao;public UserService() {userDao = new UserDao();}// 注册用户public void registerUser(String username, String password, String email, UserRole role) {User user = new User();user.setUsername(username);user.setPassword(password);user.setEmail(email);user.setRole(role);userDao.addUser(user);}// 删除用户public void deleteUser(int userId) {userDao.deleteUser(userId);}// 根据用户名查询用户public User getUserByUsername(String username) {return userDao.getUserByUsername(username);}// 查询所有用户public List<User> getAllUsers() {return userDao.getAllUsers();}
}

在上面的示例中，UserService类提供了注册用户、删除用户、查询用户和查询所有用户的方法，它通过调用UserDao来实现这些功能。

图书管理模块

接下来，让我们创建图书管理模块，包括图书实体、图书DAO和图书服务类。

图书实体类

首先，创建一个图书实体类，用于表示系统中的图书信息。图书实体包括ID、书名、作者、出版社、ISBN号、状态、借阅人ID和归还日期等属性。

public class Book {private int id;private String title;private String author;private String publisher;private String isbn;private BookStatus status;private int borrowerId;private LocalDate dueDate;// 构造函数、getter和setter方法
}

BookStatus是一个枚举类型，表示图书的状态，可以定义为“可借阅”和“已借出”。

public enum BookStatus {AVAILABLE,CHECKED_OUT
}

图书数据访问对象（DAO）

接下来，创建一个图书数据访问对象（DAO），用于执行图书相关的数据库操作，包括添加图书、删除图书、查询图书和更新图书状态。

以下是一个简单的图书DAO示例：

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class BookDao {private Connection connection;public BookDao() {try {connection = DatabaseConnection.getConnection();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 添加图书public void addBook(Book book) {String sql = "INSERT INTO books (title, author, publisher, isbn, status, borrower_id, due_date) " +"VALUES (?, ?, ?, ?, ?, ?, ?)";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setString(1, book.getTitle());preparedStatement.setString(2, book.getAuthor());preparedStatement.setString(3, book.getPublisher());preparedStatement.setString(4, book.getIsbn());preparedStatement.setString(5, book.getStatus().toString());preparedStatement.setInt(6, book.getBorrowerId());preparedStatement.setDate(7, Date.valueOf(book.getDueDate()));preparedStatement.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 删除图书public void deleteBook(int bookId) {String sql = "DELETE FROM books WHERE id = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setInt(1, bookId);preparedStatement.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 根据ID查询图书public Book getBookById(int bookId) {String sql = "SELECT * FROM books WHERE id = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setInt(1, bookId);ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();if (resultSet.next()) {return extractBookFromResultSet(resultSet);}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}return null;}// 查询所有图书public List<Book> getAllBooks() {List<Book> bookList = new ArrayList<>();String sql = "SELECT * FROM books";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();while (resultSet.next()) {bookList.add(extractBookFromResultSet(resultSet));}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}return bookList;}// 更新图书状态public void updateBookStatus(int bookId, BookStatus status, int borrowerId, LocalDate dueDate) {String sql = "UPDATE books SET status = ?, borrower_id = ?, due_date = ? WHERE id = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setString(1, status.toString());preparedStatement.setInt(2, borrowerId);preparedStatement.setDate(3, Date.valueOf(dueDate));preparedStatement.setInt(4, bookId);preparedStatement.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 从ResultSet提取图书信息private Book extractBookFromResultSet(ResultSet resultSet) throws SQLException {Book book = new Book();book.setId(resultSet.getInt("id"));book.setTitle(resultSet.getString("title"));book.setAuthor(resultSet.getString("author"));book.setPublisher(resultSet.getString("publisher"));book.setIsbn(resultSet.getString("isbn"));book.setStatus(BookStatus.valueOf(resultSet.getString("status")));book.setBorrowerId(resultSet.getInt("borrower_id"));book.setDueDate(resultSet.getDate("due_date").toLocalDate());return book;}
}

上述示例中，我们创建了一个BookDao类，该类包含了添加图书、删除图书、查询图书、更新图书状态和查询所有图书的方法。这些方法使用了预备语句（PreparedStatement）来执行SQL查询和更新操作，并将查询结果映射到Book对象。

图书服务类

图书服务类用于处理图书管理模块的业务逻辑。它可以调用图书DAO来执行数据库操作，例如添加图书、删除图书、查询图书等。

以下是一个简单的图书服务类示例：

import java.util.List;public class BookService {private BookDao bookDao;public BookService() {bookDao = new BookDao();}// 添加图书public void addBook(String title, String author, String publisher, String isbn) {Book book = new Book();book.setTitle(title);book.setAuthor(author);book.setPublisher(publisher);book.setIsbn(isbn);book.setStatus(BookStatus.AVAILABLE); // 默认设置为可借阅状态bookDao.addBook(book);}// 删除图书public void deleteBook(int bookId) {bookDao.deleteBook(bookId);}// 根据ID查询图书public Book getBookById(int bookId) {return bookDao.getBookById(bookId);}// 查询所有图书public List<Book> getAllBooks() {return bookDao.getAllBooks();}// 借阅图书public void borrowBook(int bookId, int userId, LocalDate dueDate) {Book book = bookDao.getBookById(bookId);if (book.getStatus() == BookStatus.AVAILABLE) {book.setStatus(BookStatus.CHECKED_OUT);book.setBorrowerId(userId);book.setDueDate(dueDate);bookDao.updateBookStatus(bookId, book.getStatus(), book.getBorrowerId(), book.getDueDate());}}// 归还图书public void returnBook(int bookId) {Book book = bookDao.getBookById(bookId);if (book.getStatus() == BookStatus.CHECKED_OUT) {book.setStatus(BookStatus.AVAILABLE);book.setBorrowerId(0);book.setDueDate(null);bookDao.updateBookStatus(bookId, book.getStatus(), book.getBorrowerId(), book.getDueDate());}}
}

在上面的示例中，BookService类提供了添加图书、删除图书、查询图书、借阅图书和归还图书的方法，它通过调用BookDao来实现这些功能。

借阅管理模块

借阅管理模块负责处理用户借阅和归还图书的操作，并记录借阅记录。

借阅记录实体类

首先，创建一个借阅记录实体类，用于表示用户的借阅记录。借阅记录实体包括ID、图书ID、用户ID、借阅日期和归还日期。

public class BorrowRecord {private int id;private int bookId;private int userId;private LocalDate borrowDate;private LocalDate returnDate;// 构造函数、getter和setter方法
}

借阅记录数据访问对象（DAO）

接下来，创建一个借阅记录数据访问对象（DAO），用于执行借阅记录相关的数据库操作，包括记录借阅和归还图书。

以下是一个简单的借阅记录DAO示例：

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class BorrowRecordDao {private Connection connection;public BorrowRecordDao() {try {connection = DatabaseConnection.getConnection();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 记录借阅public void borrowBook(int bookId, int userId, LocalDate borrowDate) {String sql = "INSERT INTO borrow_records (book_id, user_id, borrow_date) VALUES (?, ?, ?)";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setInt(1, bookId);preparedStatement.setInt(2, userId);preparedStatement.setDate(3, Date.valueOf(borrowDate));preparedStatement.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 记录归还public void returnBook(int bookId, LocalDate returnDate) {String sql = "UPDATE borrow_records SET return_date = ? WHERE book_id = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setDate(1, Date.valueOf(returnDate));preparedStatement.setInt(2, bookId);preparedStatement.executeUpdate();} catch (SQLExceptione) {e.printStackTrace();}}// 查询用户的借阅记录public List<BorrowRecord> getBorrowRecordsByUserId(int userId) {List<BorrowRecord> recordList = new ArrayList<>();String sql = "SELECT * FROM borrow_records WHERE user_id = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setInt(1, userId);ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();while (resultSet.next()) {recordList.add(extractBorrowRecordFromResultSet(resultSet));}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}return recordList;}// 查询图书的借阅记录public List<BorrowRecord> getBorrowRecordsByBookId(int bookId) {List<BorrowRecord> recordList = new ArrayList<>();String sql = "SELECT * FROM borrow_records WHERE book_id = ?";try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql)) {preparedStatement.setInt(1, bookId);ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();while (resultSet.next()) {recordList.add(extractBorrowRecordFromResultSet(resultSet));}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}return recordList;}// 从ResultSet提取借阅记录信息private BorrowRecord extractBorrowRecordFromResultSet(ResultSet resultSet) throws SQLException {BorrowRecord record = new BorrowRecord();record.setId(resultSet.getInt("id"));record.setBookId(resultSet.getInt("book_id"));record.setUserId(resultSet.getInt("user_id"));record.setBorrowDate(resultSet.getDate("borrow_date").toLocalDate());if (resultSet.getDate("return_date") != null) {record.setReturnDate(resultSet.getDate("return_date").toLocalDate());}return record;}
}

上述示例中，我们创建了一个BorrowRecordDao类，该类包含了记录借阅和归还图书、查询用户的借阅记录以及查询图书的借阅记录等方法。这些方法使用了预备语句（PreparedStatement）来执行SQL查询和更新操作，并将查询结果映射到BorrowRecord对象。

借阅记录服务类

借阅记录服务类用于处理借阅管理模块的业务逻辑。它可以调用借阅记录DAO来执行数据库操作，例如记录借阅和归还图书、查询用户的借阅记录以及查询图书的借阅记录。

以下是一个简单的借阅记录服务类示例：

import java.util.List;public class BorrowRecordService {private BorrowRecordDao borrowRecordDao;public BorrowRecordService() {borrowRecordDao = new BorrowRecordDao();}// 记录借阅public void borrowBook(int bookId, int userId, LocalDate borrowDate) {borrowRecordDao.borrowBook(bookId, userId, borrowDate);}// 记录归还public void returnBook(int bookId, LocalDate returnDate) {borrowRecordDao.returnBook(bookId, returnDate);}// 查询用户的借阅记录public List<BorrowRecord> getBorrowRecordsByUserId(int userId) {return borrowRecordDao.getBorrowRecordsByUserId(userId);}// 查询图书的借阅记录public List<BorrowRecord> getBorrowRecordsByBookId(int bookId) {return borrowRecordDao.getBorrowRecordsByBookId(bookId);}
}

在上面的示例中，BorrowRecordService类提供了记录借阅和归还图书、查询用户的借阅记录以及查询图书的借阅记录的方法，它通过调用BorrowRecordDao来实现这些功能。

数据存储模块

数据存储模块负责将数据存储到数据库或文件中，以及从数据库或文件中检索数据。在本示例中，我们使用了数据库作为数据存储的方式。您可以根据需要选择适当的数据存储方式。

用户界面

最后，我们需要创建一个用户界面，允许用户与图书管理系统进行交互。用户界面可以是命令行界面、图形界面或Web界面，具体实现方式取决于您的需求和技术栈。用户界面需要调用用户服务类、图书服务类和借阅记录服务类来实现用户注册、登录、添加图书、借阅图书、归还图书等功能。

以下是一个简单的命令行用户界面示例：

import java.time.LocalDate;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;public class LibraryManagementSystem {private UserService userService;private BookService bookService;private BorrowRecordService borrowRecordService;private User currentUser;public LibraryManagementSystem() {userService = new UserService();bookService = new BookService();borrowRecordService = new BorrowRecordService();}public void run() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {if (currentUser == null) {System.out.println("Welcome to the Library Management System!");System.out.println("1. Register");System.out.println("2. Login");System.out.println("3. Exit");System.out.print("Please select an option: ");int choice = scanner.nextInt();scanner.nextLine(); // Consume newlineswitch (choice) {case 1:registerUser(scanner);break;case 2:loginUser(scanner);break;case 3:System.out.println("Goodbye!");return;default:System.out.println("Invalid option. Please try again.");break;}} else {System.out.println("Welcome, " + currentUser.getUsername() + "!");System.out.println("1. Add Book");System.out.println("2. Borrow Book");System.out.println("3. Return Book");System.out.println("4. View Borrowed Books");System.out.println("5. Logout");System.out.print("Please select an option: ");int choice = scanner.nextInt();scanner.nextLine(); // Consume newlineswitch (choice) {case 1:addBook(scanner);break;case 2:borrowBook(scanner);break;case 3:returnBook(scanner);break;case 4:viewBorrowedBooks();break;case 5:currentUser = null;System.out.println("Logged out successfully.");break;default:System.out.println("Invalid option. Please try again.");break;}}}}private void registerUser(Scanner scanner) {System.out.print("Enter username: ");String username = scanner.nextLine();System.out.print("Enter password: ");String password = scanner.nextLine();System.out.print("Enter email: ");String email = scanner.nextLine();// Assume default role is USERUserRole role = UserRole.USER;userService.registerUser(username, password, email, role);System.out.println("Registration successful. You can now log in.");}private void loginUser(Scanner scanner) {System.out.print("Enter username: ");String username = scanner.nextLine();System.out.print("Enter password: ");String password = scanner.nextLine();currentUser = userService.getUserByUsername(username);if (currentUser != null && currentUser.getPassword().equals(password)) {System.out.println("Login successful. Welcome, " + currentUser.getUsername() + "!");} else {currentUser = null;System.out.println("Login failed. Please check your username and password.");}}private void addBook(Scanner scanner) {System.out.print("Enter book title: ");String title = scanner.nextLine();System.out.print("Enter author: ");String author = scanner.nextLine();System.out.print("Enter publisher: ");String publisher = scanner.nextLine();System.out.print("Enter ISBN: ");String isbn = scanner.nextLine();bookService.addBook(title, author, publisher, isbn);System.out.println("Book added successfully.");}private void borrowBook(Scanner scanner) {System.out.print("Enter book ID to borrow: ");int bookId = scanner.nextInt();scanner.nextLine(); // Consume newlineLocalDate dueDate = LocalDate.now().plusWeeks(2); // Borrow period of 2 weeksbookService.borrowBook(bookId, currentUser.getId(), dueDate);System.out.println("Book borrowed successfully.");}private void returnBook(Scanner scanner) {System.out.print("Enter book ID to return: ");int bookId = scanner.nextInt();scanner.nextLine(); // Consume newlinebookService.returnBook(bookId);System.out.println("Book returned successfully.");}private void viewBorrowedBooks() {List<BorrowRecord> borrowRecords = borrowRecordService.getBorrowRecordsByUserId(currentUser.getId());if (borrowRecords.isEmpty()) {System.out.println("You have not borrowed any books.");} else {System.out.println("Your borrowed books:");for (BorrowRecord record : borrowRecords) {Book book = bookService.getBookById(record.getBookId());System.out.println("Book Title: " + book.getTitle());System.out.println("Borrow Date: " + record.getBorrowDate
() + "   Due Date: " + record.getDueDate());System.out.println("------------------------------------------------");}}}public static void main(String[] args) {LibraryManagementSystem libraryManagementSystem = new LibraryManagementSystem();libraryManagementSystem.run();}
}