JavaWeb图书管理系统开发实战：Servlet与MVC架构解析

1. 项目背景与核心需求

这个JavaWeb实训项目是典型的Servlet控制层开发实战案例，采用经典的MVC分层架构实现图书管理系统。作为高校计算机专业常见的课程作业，它综合考察了Servlet核心API运用、JDBC数据库操作、JSP视图渲染等JavaWeb核心技术栈的掌握程度。

我在实际教学中发现，90%的学生在完成此类作业时会遇到三个典型痛点：一是Servlet与JSP的职责边界模糊导致代码混乱；二是数据库连接管理不当引发资源泄漏；三是缺乏事务处理意识造成数据不一致。本系列教程将针对这些实际问题，通过完整可运行的代码示例演示企业级开发规范。

提示：本Day3教程聚焦Servlet控制层的核心实现，需要读者已掌握Java基础、MySQL基本操作和JSP页面编写能力。配套源码使用IntelliJ IDEA 2022.3 + Tomcat 9.0 + MySQL 8.0环境开发。

2. 数据库设计与连接池配置

2.1 图书管理系统ER图设计

合理的数据库结构是系统稳定的基石。我们采用符合第三范式的设计，主要包含以下表结构：

sql复制CREATE TABLE `book` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `isbn` varchar(20) COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL,
  `title` varchar(100) COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL,
  `author` varchar(50) COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL,
  `publisher` varchar(100) COLLATE utf8mb4_general_ci DEFAULT NULL,
  `price` decimal(10,2) DEFAULT NULL,
  `stock` int DEFAULT '0',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `isbn_UNIQUE` (`isbn`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_general_ci;

CREATE TABLE `user` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(45) COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL,
  `password` varchar(64) COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL,
  `real_name` varchar(20) COLLATE utf8mb4_general_ci DEFAULT NULL,
  `role` enum('admin','librarian','reader') COLLATE utf8mb4_general_ci DEFAULT 'reader',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `username_UNIQUE` (`username`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_general_ci;

CREATE TABLE `borrow_record` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_id` int NOT NULL,
  `book_id` int NOT NULL,
  `borrow_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  `return_time` datetime DEFAULT NULL,
  `status` enum('borrowed','returned','overdue') COLLATE utf8mb4_general_ci DEFAULT 'borrowed',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `fk_user_idx` (`user_id`),
  KEY `fk_book_idx` (`book_id`),
  CONSTRAINT `fk_book` FOREIGN KEY (`book_id`) REFERENCES `book` (`id`),
  CONSTRAINT `fk_user` FOREIGN KEY (`user_id`) REFERENCES `user` (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_general_ci;

2.2 Druid连接池最佳实践

直接使用DriverManager获取连接是学生作业中的常见反模式。我们采用阿里巴巴Druid连接池，在web.xml中配置：

xml复制<context-param>
    <param-name>jdbcUrl</param-name>
    <param-value>jdbc:mysql://localhost:3306/library?useSSL=false&amp;serverTimezone=UTC</param-value>
</context-param>
<context-param>
    <param-name>dataSource.user</param-name>
    <param-value>root</param-value>
</context-param>
<context-param>
    <param-name>dataSource.password</param-name>
    <param-value>123456</param-value>
</context-param>

<!-- 在ServletContextListener中初始化连接池 -->
public class DruidInitializer implements ServletContextListener {
    @Override
    public void contextInitialized(ServletContextEvent sce) {
        DruidDataSource ds = new DruidDataSource();
        ds.setUrl(sce.getServletContext().getInitParameter("jdbcUrl"));
        ds.setUsername(sce.getServletContext().getInitParameter("dataSource.user"));
        ds.setPassword(sce.getServletContext().getInitParameter("dataSource.password"));
        ds.setInitialSize(5);
        ds.setMaxActive(20);
        ds.setMaxWait(60000);
        sce.getServletContext().setAttribute("dataSource", ds);
    }
}

注意：必须实现ServletContextListener接口的contextDestroyed方法，在应用关闭时调用ds.close()释放连接池资源，否则会导致Tomcat热部署时出现连接泄漏。

3. Servlet控制层核心实现

3.1 请求分发设计模式

避免为每个功能创建独立Servlet的臃肿方案，采用前端控制器模式：

java复制@WebServlet("/controller/*")
public class DispatcherServlet extends HttpServlet {
    private Map<String, Command> commands = new HashMap<>();
    
    @Override
    public void init() throws ServletException {
        commands.put("login", new LoginCommand());
        commands.put("bookList", new BookListCommand());
        // 其他命令注册...
    }

    protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) 
        throws ServletException, IOException {
        String pathInfo = req.getPathInfo();
        String commandKey = pathInfo.substring(1);
        Command command = commands.get(commandKey);
        if (command != null) {
            String viewPage = command.execute(req, resp);
            req.getRequestDispatcher("/WEB-INF/views/" + viewPage + ".jsp")
               .forward(req, resp);
        } else {
            resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_FOUND);
        }
    }
}

public interface Command {
    String execute(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp);
}

3.2 事务处理与DAO封装

在图书借阅场景中演示事务控制：

java复制public class BorrowCommand implements Command {
    @Override
    public String execute(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {
        Connection conn = null;
        try {
            DruidDataSource ds = (DruidDataSource)req.getServletContext().getAttribute("dataSource");
            conn = ds.getConnection();
            conn.setAutoCommit(false);
            
            BookDAO bookDAO = new BookDAOImpl(conn);
            BorrowRecordDAO recordDAO = new BorrowRecordDAOImpl(conn);
            
            int bookId = Integer.parseInt(req.getParameter("bookId"));
            int userId = (Integer)req.getSession().getAttribute("userId");
            
            // 检查库存
            Book book = bookDAO.findById(bookId);
            if (book.getStock() <= 0) {
                req.setAttribute("error", "该图书已无库存");
                return "error";
            }
            
            // 创建借阅记录
            BorrowRecord record = new BorrowRecord();
            record.setBookId(bookId);
            record.setUserId(userId);
            recordDAO.create(record);
            
            // 更新库存
            book.setStock(book.getStock() - 1);
            bookDAO.update(book);
            
            conn.commit();
            return "borrowSuccess";
        } catch (Exception e) {
            if (conn != null) try { conn.rollback(); } catch (SQLException ex) {}
            throw new RuntimeException("借阅操作失败", e);
        } finally {
            if (conn != null) try { conn.close(); } catch (SQLException e) {}
        }
    }
}

3.3 防止重复提交的Token机制

在JSP表单页添加隐藏字段：

jsp复制<%
    String token = UUID.randomUUID().toString();
    session.setAttribute("token", token);
%>
<form action="controller/borrow" method="post">
    <input type="hidden" name="token" value="<%=token%>">
    <!-- 其他表单字段 -->
</form>

在Servlet中进行校验：

java复制String clientToken = req.getParameter("token");
String serverToken = (String)req.getSession().getAttribute("token");

if (clientToken == null || !clientToken.equals(serverToken)) {
    resp.sendError(HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST, "重复提交");
    return;
}
req.getSession().removeAttribute("token"); // 使token失效

4. 常见问题排查与调试技巧

4.1 中文乱码解决方案

在Filter中统一设置编码：

java复制@WebFilter("/*")
public class EncodingFilter implements Filter {
    public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse resp, FilterChain chain) 
        throws IOException, ServletException {
        req.setCharacterEncoding("UTF-8");
        resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        chain.doFilter(req, resp);
    }
}

4.2 连接泄漏检测

在Druid配置中添加监控：

java复制ds.setFilters("stat,wall,log4j");
// 在监控页面查看 activeCount

4.3 异常统一处理

创建全局异常处理器：

java复制@WebServlet("/errorHandler")
public class ErrorHandlerServlet extends HttpServlet {
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) 
        throws ServletException, IOException {
        Throwable exception = (Throwable)req.getAttribute("javax.servlet.error.exception");
        // 根据异常类型跳转不同错误页面
    }
}

在web.xml中配置：

xml复制<error-page>
    <exception-type>java.lang.Exception</exception-type>
    <location>/errorHandler</location>
</error-page>

5. 项目部署与优化建议

5.1 生产环境配置调整

1. 将数据库密码移至JNDI：

xml复制<Context>
    <Resource name="jdbc/libraryDB" 
              auth="Container"
              type="javax.sql.DataSource"
              factory="com.alibaba.druid.pool.DruidDataSourceFactory"
              maxActive="100"
              ... />
</Context>

2. 使用PreparedStatement缓存提升性能：

java复制ds.setPoolPreparedStatements(true);
ds.setMaxPoolPreparedStatementPerConnectionSize(20);

5.2 安全加固措施

1. 密码加密存储：

java复制public static String hashPassword(String password) {
    return DigestUtils.sha256Hex(password + "SALT_STRING");
}

2. 防止SQL注入：

java复制// 必须使用PreparedStatement
PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement("SELECT * FROM user WHERE username=?");
stmt.setString(1, username);

3. XSS防护：

jsp复制<%@ taglib uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/functions" prefix="fn" %>
${fn:escapeXml(userInput)}

6. 扩展功能实现思路

6.1 分页查询优化

使用数据库层面分页：

java复制public List<Book> findBooks(int page, int size) {
    String sql = "SELECT * FROM book LIMIT ? OFFSET ?";
    // MySQL: LIMIT size OFFSET (page-1)*size
    // Oracle: 需要使用ROWNUM
}

6.2 文件导入导出

使用Apache POI实现Excel导出：

java复制response.setContentType("application/vnd.ms-excel");
response.setHeader("Content-Disposition", "attachment;filename=books.xls");

HSSFWorkbook workbook = new HSSFWorkbook();
// 创建工作表并填充数据
workbook.write(response.getOutputStream());

6.3 缓存集成

添加Ehcache支持：

java复制@WebListener
public class CacheInitializer implements ServletContextListener {
    public void contextInitialized(ServletContextEvent sce) {
        CacheManager cacheManager = CacheManagerBuilder.newCacheManagerBuilder()
            .withCache("books",
                CacheConfigurationBuilder.newCacheConfigurationBuilder(
                    Integer.class, Book.class, 
                    ResourcePoolsBuilder.heap(100)))
            .build();
        sce.getServletContext().setAttribute("cacheManager", cacheManager);
    }
}

在开发过程中，我发现很多同学容易忽视Servlet线程安全问题。特别注意：Servlet实例是单例的，不要在Servlet类中定义可变的实例变量。所有请求相关的数据应该存储在方法局部变量或请求作用域中。