开源实战：基于 Spring Boot 3 + Vue 3 + Redis 的高校选修课管理系统（志愿填报 + 统一抽签）

黃芢輝
0 阅读14分钟

一个可以直接跑起来的教务级选课系统：学生端志愿填报与抽签结果、教师端成绩录入与发布、管理端抽签控制台与批次报告，全流程可复算、可留痕。

一、为什么做这个项目

高校选课有两类典型场景：

  • 先到先得（实时抢课）：拼网速、拼脚本，热门课程几秒售罄，容易出现超卖与缓存一致性问题；
  • 志愿 + 抽签：填报期内随时提交志愿，截止后统一批算名额，结果与提交时间、网络快慢无关，更公平也更好解释。

这个项目把两种机制都做过一遍。当前分支 feature/wish-lottery-selection 实现的是**「志愿填报 + 统一抽签」**：学生在填报期内提交「志愿序 + 投入点数」，截止后后台一次性批算名额，R1 公布后可退选，R2 结果为最终结果。

几个设计上比较在意的点：

  • 名额零竞争：名额在抽签时一次性写定，运行期没有并发扣减，也不需要维护缓存余量；
  • 可复算：抽签批次公开 seed，配合输入快照（gzip + SHA-256）可被第三方独立复算；
  • 结果留痕：逐志愿记录「中签 / 未中原因 / 投档顺位」，不是黑箱；
  • 下游无感：抽签结果仍写入 course_selection，课表、成绩、教师名单、导出全部零改造。

项目前后端分离，另附一个复用同一套接口的原生微信小程序（课表 / 成绩 / 评教）。

二、技术栈

后端

组件版本说明
Java21LTS，使用 Text Block、Record 等特性
Spring Boot3.3.5基础框架
Spring Security6.x认证与鉴权
MyBatis-Plus3.5.7ORM、分页、乐观锁、逻辑删除
MySQL8.0业务数据存储
Redis7.x令牌白名单、抽签锁、热度快照
JJWT0.12.6JWT 令牌签发与解析
Knife4j4.5.0OpenAPI 3 接口文档
Hutool5.8.32通用工具类
Lombok1.18.34简化样板代码

前端

组件版本说明
Vue3.5组合式 API
Vite5.4构建工具
Element Plus2.8UI 组件库
Pinia2.2状态管理
Vue Router4.4路由与权限守卫
Axios1.7HTTP 请求封装
ECharts5.5数据可视化
Day.js1.11时间处理

小程序与部署

  • 原生微信小程序（WXML / WXSS / JS，无构建依赖，基础库 3.5.5+）
  • Docker、Docker Compose、Nginx

三、系统架构

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                         浏览器 / 客户端                        │
└──────────────────────────────┬───────────────────────────────┘
                               │ HTTP (JWT)
┌──────────────────────────────▼───────────────────────────────┐
│                    Vue 3 前端（Nginx 托管）                    │
│  Element Plus · Pinia · Vue Router · Axios · ECharts          │
└──────────────────────────────┬───────────────────────────────┘
                               │ /api/** 反向代理
┌──────────────────────────────▼───────────────────────────────┐
│                     Spring Boot 3 后端                        │
│ ┌────────────┬────────────┬────────────┬──────────────────┐  │
│ │ Controller │  Service   │   Mapper   │ Security / AOP   │  │
│ └────────────┴─────┬──────┴─────┬──────┴──────────────────┘  │
└──────────┬─────────┼────────────┼─────────────────────────────┘
           │         │            │
   ┌───────▼──────┐  │   ┌────────▼────────┐
   │  MySQL 8.0   │  │   │     Redis 7     │
   │  业务数据持久化 │  │   │ 令牌/锁/快照     │
   └──────────────┘  └───┴─────────────────┘

后端分层清晰：controller → service → mapper，安全层负责 JWT 签发解析，切面层用注解式 @OperationLog + AOP 异步落库做审计，抽签执行集中在 LotteryServiceImpl（AUTO 模式由阶段查询触发推进，没有额外调度器）。

四、系统展示

4.1 交互动画

学生 · 志愿填报：浏览课程、调整志愿序与投入点数，右侧实时汇总。

学生志愿填报

管理员 · 抽签报告：从抽签控制台打开本轮批次，查看 seed、逐课程名额与逐志愿结论。

管理员抽签报告

学生 · 课表查看：周课表渲染，点击课程卡片查看上课详情。

课表查看

管理员 · 数据概览：统计卡片、图表与选课开关。

管理员数据概览

4.2 学生端

志愿填报：填报期内按「志愿序 + 投入点数」提交志愿；撞课、超学分等硬约束课程置灰并说明原因，软约束只提示不阻断，右侧实时汇总点数与志愿数。

学生志愿填报

抽签结果：中签门数、随机种子（可复制用于复算）、逐志愿投档顺位与未中原因；支持按学期与轮次回看，R1 公布后可退选，R2 结果为最终结果。

学生抽签结果

我的选课：学期 / 状态 / 操作筛选、当前筛选学分合计、退课与查看评价入口。

我的选课

我的课表：9 节次 × 7 天周课表，含周次、节次时间与上课地点。

我的课表

我的成绩：总学分 / 已获学分 / 平均分 / 平均绩点四项统计与逐门成绩明细。

我的成绩

教学评价：待评价课程与我的评价两个页签，四维星级、快捷标签与匿名提交。

学生教学评价

4.3 教师端

我的授课：按学期查看本人课程与选课进度，每门课直达「学生名单」与「成绩录入」。

教师授课

教学课表：本人全部课程按节次排布，排课冲突一眼可见。

教学课表

成绩录入：总评按 平时成绩 × 30% + 期末成绩 × 70% 自动计算；支持批量填充、分页、状态筛选与「已发布 / 草稿」计数徽标，保存草稿、整门课发布 / 撤回，并对个别学生做单生更正（必须填写原因，改前改后留痕可查）；还支持「导出成绩单 → Excel 线下批改 → 导入成绩」的闭环。

成绩录入

教学评价：所授课程的综合平均分、四维得分与参评人数。

教师教学评价

4.4 管理端

数据概览：学生 / 教师 / 课程 / 选课 / 院系统计，院系开课分布、成绩分布、热门课程 TOP 10，以及选课通道开关与填报时间快捷设置。

管理员数据概览

抽签管理：阶段控制台（R1 填报 → 抽签 → 公布 → R2 → 关闭）、选课开关与「重算选课人数」、批次列表与批次的 seed / 名额分配报告。

抽签管理

学期与选课设置：学期起止日期、志愿填报窗口、评价开放时间与「设为当前」。

学期与选课设置

课程管理：课程增删改查、排课、批量导入导出与「重算选课人数」。

课程管理

学生管理：学生信息维护、批量导入 / 启用 / 禁用 / 重置密码，以及教务代选与代退选。

学生管理

教师管理：教师信息维护、批量导入、重置密码与账号状态管理。

教师管理

评价管理：评价总数 / 已公开 / 已隐藏 / 平均分 / 参评率统计，支持公开、隐藏、删除与批量操作。

评价管理

公告管理：置顶、目标角色（学生 / 教师）、发布 / 下架与批量操作。

公告管理

基础信息：院系、专业、教室三类字典维护，支持批量导入。

基础信息

操作日志：注解式审计，记录操作人、耗时、请求参数与异常堆栈。

操作日志

登录锁定：账号与来源 IP 双维度计数，管理员可查看失败次数、剩余时间并一键解锁。

登录锁定

4.5 通用页面

登录页：账号密码登录，连续失败触发临时锁定。

登录页

公共信息：学生与教师的公告中心，未读标记、仅看未读与一键全部已读。

公共信息

消息中心：系统公告、成绩发布、评价审核等站内信，支持全部 / 未读 / 已读筛选。

消息中心

五、核心机制：志愿填报 + 统一抽签

5.1 一次完整的选课周期

① 管理员开启 R1 填报（lottery_phase = R1_COLLECTING）
        ↓
② 学生在填报期提交志愿（整批覆盖，幂等 upsert，无锁无竞争）
        ↓
③ 管理员截止填报（R1_LOCKED）
        ↓
④ 管理员执行抽签（R1_DRAWING）：读数据库快照 → 内存批算 → 事务内落库
        ↓
⑤ 公布结果（R1_PUBLISHED）：开放 R1 退选窗口
        ↓
⑥ R2：仅剩余名额的课程可再填一轮，R2_PUBLISHED 为最终结果（禁退）

执行方式默认「自动」：填报截止后，下一次打开页面即自动完成「截止 → 抽签 → 公布」；管理员可随时切「手动」，逐步点击核对停开课程与数据。

5.2 投档规则

  1. 学生维度投档：按权重（MIXED = 点数 → 已获学分 → HMAC-SHA256(seed, studentId)）排序，一名学生只被处理一次，避免「课程维度轮转」造成的无解死锁；
  2. 志愿序只在本生内部生效：第 1 志愿优先于第 2 志愿；一人可中多门，不 break；
  3. 硬约束：不撞课（与已选 / 已中签课程）、不超学分、不重复占用、已选中课程不再投、停开课程记 COURSE_CANCELLED；
  4. 软约束：志愿之间撞课只提示、不阻断——否则会扼杀「A 不中落 B」；
  5. 调剂：仅对零中签且接受调剂的学生，按同类课程 / 同院系（或公选）静态调剂，且仍受撞课与学分约束；
  6. 不超发：名额在内存中扣减，落库前不再对外释放。

5.3 时间冲突判定

两条排课记录被判定为冲突，需同时满足：

  1. 同一天：day_of_week 相同；
  2. 节次重叠：startA ≤ endB && endA ≥ startB；
  3. 周次重叠：[startWeekA, endWeekA] 与 [startWeekB, endWeekB] 有交集；
  4. 周类型兼容：若一方为「每周」则冲突；若为「单周 / 双周」则需存在同为奇偶数的公共周次。

判定实现在 ScheduleConflictUtils，被「提交前复核（/student/lottery/precheck）」与「教务代选」共用；抽签批算内部使用同一套规则做硬约束。

5.4 名额口径

余量统一按数据库口径计算：

remaining = max_capacity - selected_count      -- 不小于 0

selected_count 由抽签落库、退选、教务代选在事务内同步维护；抽签公布后会按 course_selection 真实记录数重算一次，管理员也可随时触发 POST /admin/courses/selection/sync。

余量只保留数据库一份，避免出现「缓存与库两份数字」的口径漂移。

5.5 退选

  • 学生退选复用 POST /student/courses/{courseId}/drop；
  • R1 公布后可退，超过 r1_drop_deadline 关闭；R2 结果 drop_locked = 1，退选返回 3013；
  • 已发布成绩的课程不可退（草稿成绩不锁定退课）；教务代退选不受窗口限制（补救场景）。

5.6 Redis 在这一版里做什么

Redis Key类型说明
elective:selection:switchString填报通道总开关（on / off），关闭后提交志愿返回 3007
elective:auth:token:{userId}String令牌白名单
elective:lottery:draw:lock:{semesterId}:{round}String抽签单写者锁（10 分钟）
elective:lottery:hot:{semesterId}:{round}String(JSON)填报热度快照（2 小时）

课程余量与已选集合不占用 Redis。

5.7 落库与重跑

  • 结果明细 lottery_result 按 500 条批量插入；
  • 中签记录写入 course_selection 时采用「有则复用、无则新增」，规避逻辑删除行占用唯一键；
  • 重跑前先把本轮 select_type in (3,4) 置回「已退选」，并把旧批次置为 SUPERSEDED（批次与明细保留留档），因此重跑幂等且历史可追溯；
  • 抽签使用 Redis 单写者锁，失败自动回退到 *_LOCKED。

5.8 公平性与可验证

  • 提交时间不参与权重，填报期内任何时刻提交等价；
  • 公布时公开 lottery_batch.seed，配合志愿快照即可被第三方独立复算；
  • 逐志愿留下「中签 / 未中原因 / 投档顺位」，避免黑箱；
  • 热度只给原始人数与分档，不给排名 / 中签率 / 百分比概率，聚合公告走 2 小时快照，压制羊群效应。

5.9 关键配置

elective:
  lottery:
    enabled: true                 # 总开关（紧急回退用）
    weight-strategy: MIXED        # RANDOM / POINTS / MIXED
    force-adjust: true            # 强制接受调剂
    max-wishes: 8                 # 每轮最多志愿数
    points-budget: 100            # 每轮点数总额度
    min-open-wish-count: 0        # 最低开课志愿数（生产建议 15）
    hot-cache-seconds: 7200       # 热度快照缓存
    hot-threshold-medium: 1.0
    hot-threshold-high: 2.0
    hot-threshold-extreme: 4.0
    draw-lock-seconds: 600        # 抽签单写者锁

六、数据库设计

共 22 张表，完整 DDL 见仓库 backend/src/main/resources/db/schema.sql。抽签相关的核心表：

表名说明关键约束
semester学期与填报窗口semester_code 唯一；is_current 标记当前学期；lottery_phase 驱动抽签阶段
course课程与开课信息(course_code, semester_id) 唯一；version 乐观锁
course_selection选课记录（抽签 / 调剂 / 代选结果）(student_id, course_id, semester_id) 唯一；lottery_round / drop_locked 标记来源与禁退
course_wish抽签志愿（每轮草稿）(student_id, course_id, semester_id, round_no) 唯一；物理删除避免唯一键残留
lottery_batch抽签批次（seed、统计、状态与公布信息）(semester_id, round_no, attempt_no) 唯一；重跑 / 回滚只改状态，历史留档
lottery_batch_snapshot抽签输入快照（课程 / 学生 / 志愿）一批次一份，gzip + SHA-256，支持独立复算
lottery_result逐志愿中签 / 未中原因索引 (batch_id, student_id)、(batch_id, course_id)

几个设计细节：

  • 逻辑删除：除 sys_log 与 course_review 外，所有表使用 deleted 字段，由 MyBatis-Plus 自动处理；
  • 选课唯一约束：course_selection 的唯一索引是防重复选课的最后一道数据库级保障；抽签重跑通过「有则更新、无则新增」复用同一行；
  • 成绩计算：total_score = usual_score × 0.3 + exam_score × 0.7，绩点采用 4.0 制换算。

七、快速开始

环境要求

依赖最低版本说明
JDK21后端运行环境
Maven3.8+后端构建
Node.js18+前端构建
MySQL8.0+业务数据库
Redis6.0+令牌白名单、抽签锁与热点快照

方式一：Docker Compose 一键启动（推荐）

# 首次部署：复制环境变量模板并填写强口令
#   MYSQL_ROOT_PASSWORD / REDIS_PASSWORD / JWT_SECRET（JWT_SECRET 至少 32 字节）
cp .env.example .env

# 在项目根目录执行
docker compose up -d --build

# 查看服务状态
docker compose ps

# 查看后端日志
docker compose logs -f backend

启动完成后访问：

服务地址
前端页面http://localhost
后端接口http://localhost:8080/api
接口文档（Knife4j）http://localhost:8080/api/doc.html

MySQL 与 Redis 首次启动会自动执行 schema.sql 与 data.sql 完成建表与初始化数据。

方式二：本地开发启动

# 1. 初始化数据库（表结构由应用启动时自动补齐，缺失表会自动创建）
mysql -uroot -p < scripts/init-db.sql

# 2. 启动 Redis（默认开发配置无密码）
redis-server

# 3. 启动后端
cd backend
mvn clean compile
mvn spring-boot:run

# 4. 启动前端
cd frontend
npm install
npm run dev

前端默认运行在 http://localhost:5174 ，已配置 /api 代理到 http://localhost:8080。

内置演示数据规模：20 名学生、8 名教师、5 个学期、38 门课程、53 条排课、344 条选课记录、298 条成绩记录、159 条课程评价，全部选课组合已通过时间冲突校验。

八、演示账号

初始化脚本 data.sql 已内置演示数据，所有账号初始密码均为 123456。

角色账号说明
管理员admin系统管理员
教师T2026001张明远 · 教授（计算机学院）
教师T2026002李承阳 · 副教授（电信学院）
教师T2026003王雅琴 · 教授（经管学院）
学生2026010101刘思远 · 计科2601
学生2026010102孙嘉怡 · 计科2601
学生2026010201周子昂 · 软工2601
学生2026020101吴雨桐 · 电信2601
学生2026030101郑宇轩 · 工商2601

初始化数据中的密码使用 {noop} 前缀表示明文，便于快速体验；通过管理端新建用户或修改密码时，系统会自动使用 bcrypt 加密存储。 生产环境请务必修改所有默认密码，并通过环境变量覆盖 JWT_SECRET。

九、仓库与分支说明

分支说明：

分支选课机制
masterRedis + Lua 实时抢课（余量预占、排队削峰）
feature/wish-lottery-selection志愿填报 + 统一抽签（本文展示的版本）

两个分支共用同一套教务管理、成绩、评教与小程序能力，可以对比阅读两种选课实现。

十、结语

这个项目最初是为了把「选课」这件事做扎实：不只是能选上，还要说得清、验得了、退得掉。志愿 + 抽签的方案牺牲了一点「立刻知道结果」的爽感，换来的是公平性与可解释性——提交时间不再重要，结果可以复算，每个未中志愿都有明确原因。

如果这个项目对你有帮助，欢迎 Star 支持。有问题可以在评论区交流，或者提 Issue。

说明：本文图片托管在 jsDelivr（GitHub 镜像），若个别网络环境下加载缓慢，可直接访问仓库 docs/images/ 目录查看原图。

avatar
文章
阅读
粉丝