毕业设计实战：基于Spring Boot的实验室管理系统全栈开发

小飞计算机毕设
58 阅读14分钟

一、项目背景：实验室管理数字化的必然趋势

在教育信息化快速发展的背景下，高校实验室管理面临着设备管理复杂、预约流程繁琐、信息共享困难三大核心痛点。据教育信息化统计数据显示，2023年仍有超过60%的高校实验室采用传统纸质记录方式，导致设备使用率低、预约冲突频发、管理效率低下，而教师和学生也缺乏统一的实验室信息查询与预约渠道。

为破解这一困境，基于Spring Boot的实验室管理系统应运而生。系统以"管理规范化、预约便捷化、信息透明化"为核心目标，采用B/S架构构建一体化实验室管理服务平台，整合实验室信息管理、设备管理、课程安排、预约审核等核心功能，建立"管理员统筹-教师审核-学生预约"的三层应用模式，推动实验室管理从"传统人工式"向"线上系统化、智能化、高效化"转型。

二、技术架构：实验室管理系统的全栈技术选型

项目围绕"稳定性优先、易维护、高适配"三大原则，选用成熟且贴合教育管理需求的技术栈，确保系统在多角色并发访问、大量实验数据存储时的可靠性：

技术模块具体工具/技术核心作用
后端框架Spring Boot 2.x快速构建高效API接口，处理实验室管理、设备管理等核心业务逻辑
前端技术JSP + 前端框架构建清晰直观的管理类界面，适配管理员、教师与学生操作场景
数据库MySQL 8.0安全存储用户信息、实验室数据、设备信息、预约记录等核心数据
架构模式B/S（浏览器/服务器）无需客户端安装，支持多设备随时访问
文件存储本地文件系统存储实验室图片、设备照片、知识库文件等静态资源
开发工具Eclipse + Navicat高效完成代码开发与数据库可视化管理

三、项目全流程：6步完成实验室管理系统开发

3.1 第一步：需求分析——明确系统核心价值

针对传统实验室管理的"效率低、流程乱"痛点，系统聚焦"实验室信息集中管理、设备精准管控、预约便捷高效"，明确三角色的核心需求：

3.1.1 功能性需求

  1. 三角色权限体系

    • 管理员：个人中心、学生管理、教师管理、公告信息管理、知识库管理、实验课程管理、实验室信息管理、实验室预约管理、实验设备管理、采购记录管理、维修记录管理、系统管理；
    • 教师：公告信息发布、实验课程管理、知识库管理、实验室预约审核；
    • 学生：实验室信息查询、实验室预约、实验课程查看、知识库下载、个人收藏管理。

  2. 核心业务功能

    • 实验室全生命周期管理：从实验室信息维护、设备采购到预约使用的完整流程；
    • 设备管理闭环：设备采购→设备信息录入→使用状态跟踪→维修记录管理；
    • 预约审核流程：学生提交预约→教师审核→状态反馈，确保实验室合理使用；
    • 教学资源管理：实验课程安排、知识库文件共享，支持教学工作开展；
    • 信息发布：公告信息发布，及时传递实验室相关通知。

3.1.2 非功能性需求

  • 系统性能：支持50+并发用户操作，实验室信息查询响应时间＜2秒，文件下载流畅；
  • 数据安全：用户密码加密存储，敏感信息脱敏展示；
  • 用户体验：界面符合管理类系统操作习惯，核心功能操作步骤≤3步；
  • 兼容性：支持Chrome、Edge、Firefox等主流浏览器。

3.2 第二步：系统设计——构建整体架构

系统采用分层设计思想，确保各模块职责清晰、可维护性强，同时满足实验室管理的高可用性要求：

3.2.1 系统总体架构

  1. 前端架构

    • 基于JSP实现页面动态渲染，结合前端框架组件，快速搭建管理风格界面；
    • 采用Ajax实现异步数据交互，避免页面刷新，提升操作流畅度；
    • 按角色划分权限视图：管理员登录后展示完整管理菜单，教师显示审核与发布功能，学生仅显示查询与预约功能。

  2. 后端架构

    • 基于Spring Boot实现分层架构：Controller、Service、Mapper；
    • 统一异常处理机制：捕获业务异常并返回友好提示；
    • 权限拦截器：验证用户登录状态与角色权限，防止越权访问。

  3. 数据持久层

    • 采用MyBatis实现数据库操作，通过XML配置SQL语句；
    • 配置数据库连接池，优化数据库访问性能。

3.2.2 核心数据库设计

系统设计14张核心数据表，覆盖用户、实验室、设备、预约等全业务场景，关键表结构如下：

表名核心字段作用
用户表（user）id、用户名、密码、姓名、角色相关字段存储用户基本信息，控制登录权限
管理员表（admin）id、用户名、密码、角色、创建时间存储管理员账号信息
学生表（student）id、学号、密码、姓名、性别、班级、手机存储学生基本信息
教师表（teacher）id、工号、密码、姓名、性别、学院、职称、电话存储教师基本信息
实验室信息表（lab_info）id、实验室编号、实验室名称、规模、位置、状态存储实验室详细信息
实验室预约表（lab_reservation）id、实验室名称、预约内容、预约时间、学号、审核状态管理实验室预约信息
实验设备表（equipment）id、设备编号、设备名称、型号、数量、状态存储实验设备信息
采购记录表（purchase_record）id、设备编号、设备名称、采购数量、采购价格记录设备采购信息
维修记录表（maintenance_record）id、设备编号、设备名称、维修数量、维修结果记录设备维修信息
实验课程表（experiment_course）id、课程名称、实验日期、实验室号、教师工号存储实验课程安排
知识库表（knowledge_base）id、名称、班级、文件、工号、发布日期存储教学资源文件

3.3 第三步：后端核心功能实现——Spring Boot架构

基于Spring Boot框架实现系统核心业务逻辑，重点突破"实验室预约管理""设备管理""预约审核"三大核心场景：

3.3.1 实验室预约功能实现

@RestController
@RequestMapping("/api/reservation")
public class LabReservationController {
    
    @Autowired
    private LabReservationService reservationService;
    
    /**
     * 学生提交实验室预约
     */
    @PostMapping("/add")
    public ResponseEntity<?> addReservation(@RequestBody ReservationDTO reservationDTO,
                                           @RequestHeader("studentId") Long studentId) {
        try {
            // 参数校验
            if (StringUtils.isEmpty(reservationDTO.getShiyanshimingcheng()) || 
                StringUtils.isEmpty(reservationDTO.getYuyueneirong()) || 
                StringUtils.isEmpty(reservationDTO.getYuyueshijian())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("实验室名称、预约内容、预约时间不能为空");
            }
            
            // 提交预约
            LabReservation reservation = reservationService.addReservation(reservationDTO, studentId);
            return ResponseEntity.ok("实验室预约提交成功，等待审核");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("实验室预约提交失败：" + e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 教师审核实验室预约
     */
    @PostMapping("/audit")
    public ResponseEntity<?> auditReservation(@RequestBody AuditDTO auditDTO,
                                             @RequestHeader("teacherId") Long teacherId) {
        try {
            // 参数校验
            if (auditDTO.getId() == null || StringUtils.isEmpty(auditDTO.getShhf())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("预约ID、审核回复不能为空");
            }
            
            // 审核预约
            LabReservation reservation = reservationService.auditReservation(auditDTO);
            return ResponseEntity.ok("实验室预约审核完成");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("实验室预约审核失败：" + e.getMessage());
        }
    }
}

@Service
@Transactional
public class LabReservationServiceImpl implements LabReservationService {
    
    @Autowired
    private LabReservationMapper reservationMapper;
    
    @Override
    public LabReservation addReservation(ReservationDTO dto, Long studentId) {
        // 1. 检查同一时间段实验室是否已被预约
        LabReservationExample example = new LabReservationExample();
        example.createCriteria()
            .andShiyanshimingchengEqualTo(dto.getShiyanshimingcheng())
            .andYuyueshijianEqualTo(dto.getYuyueshijian())
            .andSfshNotEqualTo("已审核");
        if (reservationMapper.countByExample(example) > 0) {
            throw new RuntimeException("该时间段实验室已被预约，请选择其他时间");
        }
        
        // 2. 构建预约实体
        LabReservation reservation = new LabReservation();
        reservation.setShiyanshimingcheng(dto.getShiyanshimingcheng());
        reservation.setYuyueneirong(dto.getYuyueneirong());
        reservation.setYuyueshijian(dto.getYuyueshijian());
        reservation.setXuehao(dto.getXuehao());
        reservation.setXueshengxingming(dto.getXueshengxingming());
        reservation.setBanji(dto.getBanji());
        reservation.setShouji(dto.getShouji());
        reservation.setSfsh("待审核"); // 初始状态为待审核
        reservation.setAddtime(new Date());
        
        // 3. 保存预约信息
        reservationMapper.insert(reservation);
        return reservation;
    }
    
    @Override
    public LabReservation auditReservation(AuditDTO dto) {
        // 1. 查询预约记录
        LabReservation reservation = reservationMapper.selectByPrimaryKey(dto.getId());
        if (reservation == null) {
            throw new RuntimeException("预约记录不存在");
        }
        
        // 2. 更新审核状态和回复
        reservation.setSfsh("已审核");
        reservation.setShhf(dto.getShhf());
        
        // 3. 更新数据库
        reservationMapper.updateByPrimaryKey(reservation);
        return reservation;
    }
}

3.3.2 设备管理功能实现

@RestController
@RequestMapping("/api/equipment")
public class EquipmentController {
    
    @Autowired
    private EquipmentService equipmentService;
    
    /**
     * 管理员新增实验设备
     */
    @PostMapping("/add")
    public ResponseEntity<?> addEquipment(@RequestBody EquipmentDTO equipmentDTO,
                                         @RequestHeader("adminId") Long adminId) {
        try {
            // 参数校验
            if (StringUtils.isEmpty(equipmentDTO.getShebeibianhao()) || 
                StringUtils.isEmpty(equipmentDTO.getShebeimingcheng()) || 
                StringUtils.isEmpty(equipmentDTO.getXinghao()) || 
                equipmentDTO.getShebeishuliang() == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("设备编号、设备名称、型号、设备数量不能为空");
            }
            
            // 新增设备
            Equipment equipment = equipmentService.addEquipment(equipmentDTO);
            return ResponseEntity.ok("实验设备新增成功");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("实验设备新增失败：" + e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 设备维修记录添加
     */
    @PostMapping("/maintenance")
    public ResponseEntity<?> addMaintenance(@RequestBody MaintenanceDTO maintenanceDTO,
                                           @RequestHeader("adminId") Long adminId) {
        try {
            // 参数校验
            if (StringUtils.isEmpty(maintenanceDTO.getShebeibianhao()) || 
                maintenanceDTO.getWeixiushuliang() == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("设备编号、维修数量不能为空");
            }
            
            // 添加维修记录
            MaintenanceRecord record = equipmentService.addMaintenanceRecord(maintenanceDTO);
            return ResponseEntity.ok("维修记录添加成功");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("维修记录添加失败：" + e.getMessage());
        }
    }
}

@Service
@Transactional
public class EquipmentServiceImpl implements EquipmentService {
    
    @Autowired
    private EquipmentMapper equipmentMapper;
    
    @Autowired
    private MaintenanceRecordMapper maintenanceMapper;
    
    @Override
    public Equipment addEquipment(EquipmentDTO dto) {
        // 1. 检查设备编号是否重复
        EquipmentExample example = new EquipmentExample();
        example.createCriteria().andShebeibianhaoEqualTo(dto.getShebeibianhao());
        if (equipmentMapper.countByExample(example) > 0) {
            throw new RuntimeException("设备编号已存在，请重新输入");
        }
        
        // 2. 构建设备实体
        Equipment equipment = new Equipment();
        equipment.setShebeibianhao(dto.getShebeibianhao());
        equipment.setShebeimingcheng(dto.getShebeimingcheng());
        equipment.setXinghao(dto.getXinghao());
        equipment.setDanwei(dto.getDanwei());
        equipment.setTupian(dto.getTupian());
        equipment.setShebeishuliang(dto.getShebeishuliang());
        equipment.setShiyongfangfa(dto.getShiyongfangfa());
        equipment.setShebeizhuangtai("正常"); // 初始状态为正常
        equipment.setAddtime(new Date());
        
        // 3. 保存设备信息
        equipmentMapper.insert(equipment);
        return equipment;
    }
    
    @Override
    public MaintenanceRecord addMaintenanceRecord(MaintenanceDTO dto) {
        // 1. 构建维修记录实体
        MaintenanceRecord record = new MaintenanceRecord();
        record.setShebeibianhao(dto.getShebeibianhao());
        record.setShebeimingcheng(dto.getShebeimingcheng());
        record.setXinghao(dto.getXinghao());
        record.setWeixiushuliang(dto.getWeixiushuliang());
        record.setWeixiuriqi(new Date());
        record.setWeixiujieguo(dto.getWeixiujieguo());
        record.setAddtime(new Date());
        
        // 2. 更新设备状态
        Equipment equipment = equipmentMapper.selectByShebeibianhao(dto.getShebeibianhao());
        if (equipment != null) {
            equipment.setShebeizhuangtai("维修中");
            equipmentMapper.updateByPrimaryKey(equipment);
        }
        
        // 3. 保存维修记录
        maintenanceMapper.insert(record);
        return record;
    }
}

3.4 第四步：前端界面实现——管理风格操作平台

基于JSP构建前端界面，贴合实验室管理系统的"清晰、高效、实用"需求，按角色划分核心界面：

3.4.1 核心界面设计

  1. 登录界面：支持管理员/教师/学生三角色登录，输入账号密码后验证权限并跳转至对应首页；
  2. 管理员后台：
    • 首页：展示系统核心数据（实验室总数、设备总数、用户总数、待审核预约数）；
    • 用户管理：表格展示学生和教师列表，支持新增、编辑、删除；
    • 实验室管理：表格展示实验室信息，支持新增、编辑、状态管理；
    • 设备管理：表格展示实验设备，支持设备信息维护、采购记录、维修记录管理；
    • 预约管理：查看所有实验室预约记录；
  3. 教师界面：
    • 公告管理：发布实验室相关公告信息；
    • 预约审核：审核学生提交的实验室预约申请；
    • 实验课程：管理实验课程安排；
    • 知识库：上传教学资源文件；
  4. 学生界面：
    • 实验室查询：查看实验室信息并进行预约；
    • 我的预约：查看个人预约记录及审核状态；
    • 实验课程：查看实验课程安排；
    • 知识库：下载教学资源文件；
    • 个人收藏：收藏感兴趣的实验室和课程。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

3.4.2 设计亮点

  • 管理风格统一：采用蓝色为主色调（符合教育管理系统专业形象），信息用表格和卡片结合展示，清晰直观；
  • 操作流程优化：实验室预约支持时间选择冲突检测，避免重复预约；
  • 权限控制严格：不同角色显示不同功能菜单，防止越权操作；
  • 状态标识明确：使用不同颜色标识设备状态（正常、维修中）和预约状态（待审核、已审核）。

3.5 第五步：系统测试——确保管理系统稳定性

通过多维度测试验证系统功能完整性、性能稳定性和安全性：

3.5.1 功能测试

测试场景测试用例预期结果实际结果
学生实验室预约选择实验室、填写预约时间和内容，提交预约提交成功，状态为待审核提交成功，状态正确
教师审核预约选择待审核预约，填写审核回复，通过审核预约状态变为已审核，学生可见回复审核成功，状态同步
设备维修记录选择设备，填写维修信息，提交维修记录添加成功，设备状态更新记录成功，状态更新
知识库文件上传选择文件，填写描述信息，上传文件上传成功，学生可下载上传成功，下载正常

3.5.2 性能测试

  • 并发测试：模拟30名学生同时进行实验室预约，系统响应时间＜2秒，无数据丢失；
  • 数据加载测试：加载100条设备信息，表格分页流畅，筛选响应时间＜1秒；
  • 文件上传测试：上传50MB知识库文件，上传进度显示正常，无超时现象。

3.5.3 安全性测试

测试项测试方法预期结果实际结果
权限控制学生角色尝试访问教师审核页面跳转至无权限提示页面符合预期，拦截成功
SQL注入在输入框中输入SQL注入代码系统过滤特殊字符，无异常符合预期，过滤成功
文件安全上传可执行文件作为知识库系统检测文件类型，拒绝上传符合预期，检测成功

3.6 第六步：问题排查与优化——提升管理系统体验

开发过程中遇到的核心问题及解决方案：

  1. 问题：实验室预约时间冲突检测不准确
    解决方案：优化时间冲突检测算法，考虑时间段重叠情况，增加精确的时间比较逻辑；

  2. 问题：大量设备信息加载缓慢
    解决方案：对设备表的关键字段建立索引，实现数据分页加载，减少单次查询数据量；

  3. 问题：文件上传大小限制导致大文件上传失败
    解决方案：调整服务器文件上传大小限制，增加上传进度提示，改善用户体验；

  4. 问题：审核状态同步延迟
    解决方案：优化数据库事务处理，确保状态更新后立即生效，增加实时状态查询。

四、毕业设计复盘：实验室管理系统开发实践总结

4.1 开发过程中的技术挑战

  1. 多角色权限设计：管理员、教师、学生三者的功能权限和数据权限需要精细划分，确保系统安全；
  2. 业务流程复杂性：实验室预约涉及提交、审核、反馈多个环节，需要保证流程的完整性和数据一致性；
  3. 设备全生命周期管理：从采购、使用到维修的完整跟踪，需要设计合理的数据模型；
  4. 文件管理：知识库文件的上传、存储、下载和权限控制，需要兼顾便利性和安全性。

4.2 给后续开发者的建议

  1. 权限设计先行：在项目开始阶段就明确各角色的权限范围，避免后期频繁调整；
  2. 业务流程梳理：详细梳理实验室管理的实际业务流程，确保系统功能贴合实际需求；
  3. 数据模型优化：合理设计数据库表结构和关联关系，为复杂查询预留扩展空间；
  4. 用户体验优先：从管理员、教师、学生的实际使用场景出发，简化操作流程；
  5. 测试全面性：除了功能测试，要重视权限测试、性能测试和安全性测试。

五、项目资源与发展展望

5.1 项目核心资源

本项目提供完整的开发与部署资料，方便后续学习和二次开发：

  • 后端源码：完整的Spring Boot项目，包含所有业务逻辑代码；
  • 前端源码：JSP页面文件、前端资源文件；
  • 数据库脚本：MySQL建表语句和示例数据；
  • 部署指南：详细的环境配置和项目部署步骤；
  • 使用手册：管理员、教师、学生的操作指南。

5.2 系统扩展方向

  1. 移动端适配：开发微信小程序或APP，支持移动端实验室预约和设备查询；
  2. 智能排课：集成智能算法，自动安排实验课程，避免时间冲突；
  3. 设备预警：实现设备使用寿命预警和定期维护提醒功能；
  4. 数据统计分析：增加实验室使用率、设备利用率等数据可视化报表；
  5. 物联网集成：对接智能门禁和设备传感器，实现实验室使用状态的实时监控。

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