摘 要

随着时代的不断更新，社会的不断变换，信息技术的飞速发展，计算机科技技术也逐步走向成熟。图书馆管理系统对于当今社会来说是必不可少的一个信息组成部分，它可以管理大量图书、大量读者、让读者有条不紊的进行借阅图书，大大减小了工作量，并且提高了工作效率。本文研究的图书馆管理系统是采用Python编程语言，MySQL数据库，Ajax异步交互，根据Ajax异步模式等开发工具，完成了系统的主要模块的页面设计和功能实现。系统主要分成两个角色，分别是普通用户、管理员。普通用户登录，可以进行查询图书、搜索热门书籍、在线进行图书的借阅以及归还。管理员登陆，可以对图书、读者、类别进行增、删、改、查的管理，还能对读者进行图书借阅、归还管理。能够满足中小型图书馆管理系统的基本功能，通过多次运行和测试，本系统能够实现在设计时的全部功能。

关键词：图书馆管理；Python语言；MySQL数据库

Python library management system

Abstract

With the continuous updating of the times, the continuous transformation of society, the rapid development of information technology, computer science and technology has gradually become mature. The library management system is an indispensable information component for today's society. It can manage a large number of books, a large number of readers, and let readers borrow books in an orderly manner, greatly reducing the workload and improving the work efficiency. The library management system studied in this paper adopts python programming language, MySQL database, AJAX asynchronous interaction, and completes the page design and function realization of the main modules of the system according to the Ajax asynchronous mode and other development tools. The system is mainly divided into two roles: ordinary user and administrator. Ordinary users can log in to query books, search for popular books, and borrow and return books online. The administrator can log in to manage the addition, deletion, modification and query of books, readers and categories, and also manage the borrowing and return of books to readers. It can meet the basic functions of small and medium-sized library management system. Through many times of operation and testing, the system can achieve all the functions in the design.

Key words:Library management; Python language; Mysql database

目  录

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 开发现状

1.3 研究方法

第2章 相关技术介绍

2.1 Pycharm简介

2.2 MySQL描述

2.3 Python编程语言

2.4 Django框架

2.5B/S体系工作原理

第3章 系统分析

3.1 可行性分析

3.2 功能需求分析

3.2.1 前台用户功能

3.2.2 后台管理员功能

3.3 非功能需求分析

3.4 安全性需求分析

3.4.1 系统的安全性

3.4.2 数据的安全性

3.5 数据流程分析

第4章 系统设计

4.1 系统架构设计

4.2 系统总体设计

4.3 系统功能设计

4.4 数据库设计

4.4.1 数据需求分析

4.4.2 数据库概念设计

4.4.3 数据库表设计

第5章 系统实现

5.1 数据库访问层的实现

5.2 注册模块的实现

5.3 登录模块的实现

5.4 用户资料修改模块的实现

5.5 图书资讯模块的实现

5.6图书借阅模块的实现

5.7 图书归还模块的实现

5.8 图书分类列表模块的实现

第6章 系统测试

6.1 测试目的

6.2 功能测试

6.3 性能测试

第7章 总结与展望

参考文献

致谢

1. 绪论
   1. 研究背景与意义

近几年，随着信息技术的不断进步与完善，传统的人工租售管理模式缺点慢慢显现。为了更好地适应信息时代的效率，将出现一个使用计算机来管理书籍和租售的系统。图书馆管理系统对管理员和用户都有很大帮助，图书馆管理系统通过和数据库管理系软件协作来搭建管理者和用户之间的一个很好平台，基于这一点，设计了一个图书馆管理系统。基于以上认识，收集相关数据和数据，参考相关文献和技术参数，并对图书馆管理的实际需求进行研究。发现目前所采用的人工管理存在用户借阅归还不方便、信息管理混乱等等这些原因，所以计算机这种管理模式会慢慢代替传统的模式。

1. 1. 研究方法

首先，通过引擎搜索或者查阅相关文献资料，了解了本系统开发的背景以及设计系统的意义所在，收集用户需求信息。其次，在开发工具上，最终确定选用Django框架设计开发本系统，MySQL作为设计数据库的工具。即利用Python语言实现用户界面，并同数据库连接起来实现完整的通信功能。之后，设计出系统大致的功能模块。主要从方便系统用户和系统管理员的角度进行分析，明确该系统应该具有的功能。最终是测试系统，通过用例测试发现存在的问题并找到解决的方案。利用现有的开发平台，结合自己所学的知识，在老师的指导帮助下来完成该设计，确保系统的可用性、实用性。

1. 相关技术介绍
   1. Pycharm简介

PyCharm是用于Python脚本语言的最流行的IDE。

1.每个文件都有其输出窗口。

2.可以终止进程（只要点下按钮就行）。

3.各种提示超强：①没用的变量颜色会变灰②用错了的变量下面会有红色波浪线③书写提示(sublime也有但较弱)。

4.索引功能超强。

1. 1. MySQL描述

1. 1. Python编程语言

Python是一种开发语言，能够以直译的方式进行计算机语言，而且可以面向对象编程。它是由Guido van Rossum在十九世纪八十年代末研发出来，并且在九一年公开发行使用。Python有很多特点，比如有简洁的语法，清晰的语句，丰富的类库。正式由于这些优点，能够非常快速的和其他语言进行结合，来实现各种功能模块。很多人给它起了个外号叫“黏黏胶”语言。使用Python快速生成程序的原型，是现在很多程序员使用的方法。如果其中有比较特殊要求的地方，也非常方便的进行修改。

而且PyQt具有双证，为它能够跨平台运行（例如UNIX，微软和苹果的平台）提供了保证。

使用Python语言之前，要进行平台的安装，用户需要根据不同的平台，下载不同的版本，然后进行环境变量的配置，便可以进行运行。

Python 特点：

1.相对于其他计算机语言来说学习起来比较简单：Python的关键字较少，结构相对简单，语法简单，对于刚学编程语言的人来说更容易上手。

2.阅读起来也相对简单：Python代码结构简洁明了，并在定义上看起来也非常清晰，所以在阅读的过程中更加简单。

3.维护起来方便：Python的维护简单方便。

4.标准库特别广泛：Python的最大的最大优势是有非常多的库，而且是跨平台的，而且对系统的兼容性很好，比如在UNIX，Windows和Macintosh系统上都能够进行兼容。

5.具有方便的互动模式：有了互动模式的支持，开发者可以从代码就可以看到结果，这样开发者对程序的测试与调试，变的更方便。

6.可移植性好：Python可以跨平台运行。

7.扩展性非常好的：如果有关键的代码，你可以用特殊的语言进行编写，也能够在系统中调试运行。

1. 1. Django框架

Django是一个由Python编写的具有完整架站能力的开源Web框架。使用Django，只要很少的代码，Python的程序开发人员就可以轻松地完成一个正式网站所需要的大部分内容，并进一步开发出全功能的Web服务。

Django本身基于MVC模型，即Model（模型）+View（视图）+ Controller（控制器）设计模式，因此天然具有MVC的出色基因：开发快捷、部署方便、可重用性高、维护成本低等。Python加Django是快速开发、设计、部署网站的最佳组合。

1. 1. B/S体系工作原理

B/S架构采取浏览器请求，服务器响应的工作模式。

用户可以通过浏览器去访问Internet上由Web服务器产生的文本、数据、图片、动画、视频点播和声音等信息；

而每一个Web服务器又可以通过各种方式与数据库服务器连接，大量的数据实际存放在数据库服务器中；

从Web服务器上下载程序到本地来执行，在下载过程中若遇到与数据库有关的指令，由Web服务器交给数据库服务器来解释执行，并返回给Web服务器，Web服务器又返回给用户。在这种结构中，将许许多多的网连接到一块，形成一个巨大的网，即全球网。而各个企业可以在此结构的基础上建立自己的Internet。

在 B/S 模式中，用户是通过浏览器针对许多分布于网络上的服务器进行请求访问的，浏览器的请求通过服务器进行处理，并将处理结果以及相应的信息返回给浏览器，其他的数据加工、请求全部都是由Web Server完成的。通过该框架结构以及植入于操作系统内部的浏览器，该结构已经成为了当今软件应用的主流结构模式。

1. 系统分析
   1. 可行性分析

本次设计基于B/S 模式下，运用基于Python技术采用的是Mysql数据库实现，总体的可行性共分为以下两个方面。

实用性方面，本次设计的主要任务是在图书馆管理系统内图书资讯，图书类型，图书列表，图书借阅，图书归还等，符合当前潮流的发展。从用户角度出发，同时也考虑系统运营成本和人力资源，采用网络上的便捷方式，实现线上业务，使得业务流程更系统，也更方便用户的体验，比较实用。

经济性方面，由于本课题中设计的图书馆管理系统的主要目的是为了能够更加方便及快捷的进行信息的查询管理及检索服务，也就是能够可以直接投入使用的信息化软件。系统的主要成本主要是集中在对使用数据后期继续维护及其管理更新这个操作上。但是一旦系统投入到实际的运行及使用之后就能够很好的提高信息查询检索的效率，同时也需要有效的保证查询者的信息方面的安全性，同时这个图书馆管理系统所带来的实际应用方面的价值是远远的超过了实际系统进行开发与维护方面的成本，因此，从经济上来说开发这个软件是可行的。

1. 1. 功能需求分析

图书馆管理系统的功能主要分为前台用户根据自己的需求进行注册登录，浏览图书信息并对选中的图书进行借阅、归还操作。后台系统管理员因职责的不同，分为普通管理员和超级管理员，普通管理员主要对借阅申请进行处理，进行图书分类列表，而超级管理员主要对注册用户管理，借书信息管理，还书信息等进行处理。

系统用例图如下所示。

图3-1 系统用例图

1. 1. 1. 前台用户功能

前台用户可分为未注册用户需求和已注册用户需求。

未注册用户的功能如下：

注册账号：用户填写个人信息，并验证手机号码。

图书资讯浏览：用户可以根据图书类型浏览图书的信息，并选中某个图书类型查看详情，例如：图书编号、图书名称、图书类型，是否推荐等。

已注册用户的功能如下：

登录：根据账号密码进行登录操作。

维护个人信息：用户因个人信息的变更可以随时修改自己注册信息。

图书借阅：用户根据自己的需求选中某个图书进行借阅申请操作。

图书归还：用户可以将书籍在线归还操作。

提醒信息：用户可以在线查看系统的提醒信息。

1. 1. 1. 后台管理员功能

后台管理员可分为普通管理员和超级管理员。

普通管理员功能如下。

修改密码：管理员可以随时修改自己进入系统的登录密码，以保证系统的安全性。

对图书借阅进行处理：查看借书信息，办理借书申请单审核等。

图书信息管理：对图书信息进行维护，添加、删除、修改信息。

对图书归还进行处理：办理图书归还审核等。

提醒信息管理：发布用户提醒信息等。

1. 1. 非功能需求分析

首先主要考虑的是系统功能软件，在具体设计的环节上，是不是能够较好的满足各类用户的基本功能需求，如果不能较好的满足用户需求，那么这个系统的存在是没有价值的。软件系统的非功能性求分析，从7个方面展开，一个是性能分析，针对系统；一个是安全分析，针对系统，一个是完整度分析，针对系统，一个是可维护分析，针对系统，一个是可扩展性分析，针对系统，一个是适应业务的性能分析。面对图书馆管理系统存在的性能、安全、扩展、完整度等7个方面性能综合比对分析后发现，需要相应的非功能性需求分析。

1. 1. 安全性需求分析
      1. 系统的安全性

安全性对每一个系统来说都是非常重要的。安全性很好的系统可以保护企业的信息和用户的信息不被窃取。提高系统的安全性不仅是对用户的负责，更是对企业的负责。尤其针对于图书馆管理系统来说，必须要有很好的安全性来保障整个系统。

系统具有对使用者有权限控制，针对角色的不通限制使用者的权限，以此来确保系统的安全性。

1. 1. 1. 数据的安全性

数据库中的数据是从外界输入的，当数据的输入时，由于种种原因，输入的数据会无效，或者是脏数据。因此，怎样保证输入的数据符合规定，成为了数据库系统，尤其是多用户的关系数据库系统首要关注的问题。

因此，在写入数据库时，要保证数据完整性、正确性和一致性。

1. 1. 数据流程分析

对系统的数据流进行分析，系统的使用者分为二类，一般用户，管理员。系统主要对界面信息传送，登录信息的验证，注册信息的接收，用户各种操作的响应做处理。

系统顶层数据流图如下图所示。

图3-2 顶层数据流图

要判断用户是是什么身份，是根据登录的数据来判断后，跳转到对应的功能界面。在系统的内部用户就可以对数据进行操作，数据库中心就可以接收到系统传输的有效数据流来对数据sql语句进行对应操作。

系统底层数据流图如下图所示。

 图3-3 底层数据流图

系统可以分为前台和后台两部分，每一种操作后系统都返回操作结果。前台和后台的数据连接主要通过数据库，既分别对数据库做不同的操作。

1. 系统设计
   1. 系统架构设计

本图书馆管理系统的架构设计主要分为可以3层，主要有Web层，业务层，Model层。其中web层还包括View层和Controller层，Model层包括元数据扩展层和数据访问层。

系统架构如下图所示。

图4-1 系统架构

1. 1. 系统总体设计

图书馆管理系统总体分为前台用户模块和后台管理员模块。

两个模块表现上是分别独立存在，但是访问的数据库是一样的。每一个模块的功能都是根据先前完成的需求分析，并查阅相关资料后整理制作的。

综上所述，系统功能结构图如下图所示。

图4-2 系统功能结构图

1. 1. 系统功能设计

登录模块：登录模块是进入系统的入口，所有用户必须登录后才能访问系统。登录需要输入用户名和密码，如果多次尝试登录需要输入验证码。登录时需要选择用户的角色，是一般用户还是管理员登录等。登录成功后，会通过数据库获取用户的权限，并跳转至用户的主页面。

图书借阅数据模块：可分为借书列表数据浏览、图书类型数据检索、借书数据维护三个模块，管理员对借书数据有维护的权限，发布新的图书数据、更新已有的借书信息数据等。

图书管理模块：图书管理分为图书添加、修改和图书出借。图书信息由管理员进行修改、添加、删除操作；图书出借、图书归还由普通用户来执行。

1. 1. 数据库设计
      1. 数据需求分析

从前面可以分析到数据库中最重要的是图书信息，用户信息，借阅信息，归还信息分析可以得到如下数据描述：

平台用户：用于记录用户的各种信息，包括用户名、密码、姓名、性别、地址、邮箱、联系方式等数据项。

管理员：记录管理员的登录信息。包括用户名，密码，权限等数据项。

图书推荐：存放图书的内容，包括图书编号、图书名称、图书类型是否推荐等数据项。

图书借阅：存储用户的借阅信息。包括借出的图书编号、图书名称、借阅时间、借阅天数、借书人姓名、联系电话、借书证、是否审核等数据项。

1. 1. 1. 数据库概念设计

根据前面的数据流程图，结合系统的功能模块设计，设计出符合系统的各信息实体。

系统ER图如下图所示。

图4-3 系统ER图

1. 1. 1. 数据库表设计

图书馆管理系统所拥有的数据表有以下：用户信息表，图书借阅表，图书信息表，图书分类列表，图书归还表等。

由于数据表较多，只展示系统主要数据表，如下表所示。

registered_users表:

slides表:

notice表:

book_classification表:

book_information表:

book_borrowing表:

book_return表:

1. 系统实现
   1. 数据库访问层的实现

该系统是通过jdbc和MySQL达成连接的，新建一个jdbc.properties文件来填写与数据库连接所需要的驱动和参数。

jdbc.driverClass=com.MySQL.jdbc.Driver

jdbc.url=jdbc:MySQL://localhost:3306/tsi

jdbc.username=root

jdbc.password=123

第一个参数代表MySQL数据库的驱动，第二个参数代表要连接的数据库，第三个和第四个参数代表数据库连接名和密码。

后台与数据库访问主要是通过HQL语句来进行查询的，查询语句中的表名是表格的实体类名，在这种查询语句中*是不允许使用的，除非适合聚合函数一起使用才可以。

1. 1. 注册模块的实现

用户在填写数据的时候必须与注册页面上的验证相匹配否则会注册失败，注册页面的表单验证是通过PythonScript进行验证的，用户名的长度必须在6到18之间，邮箱必须带有@符号，密码和密码确认必须相同，你输入的密码，系统会根据你输入密码的强度给出指定的值，电话号码和身份证号码必须要求输入格式与生活相符合，当你前台验证通过的时候你点击注册，表单会将你输入的值通过name值传递给后台并保存到数据库中。

用户注册流程图如下图所示。

图5-1用户注册流程图

用户注册界面如下图所示。

图5-2用户注册界面

1. 1. 登录模块的实现

主要由两部分组成，登录前的登录界面以及登录后的用户功能界面。登录界面，要求用户输入用户名和密码，当用户名和密码其中一个输入为空时，给出提示“用户名，密码不能为空”。获取用户名和密码后到数据库中查找，如果用户名存在，以及对应的密码正确，则登录成功，否则登录失败。登录失败后给出提示，并把焦点停在文本框中。登录成功后将该次会话的全局变量username设置为用户名。登录成功后进入会员的功能模块，主要有会员基本信息修改，已经发布图书信息管理，发布信息，和退出功能。退出功能是清除全局变量username的值，并跳回到首页。

登录流程图如下图所示。

图5-3登录流程图

用户登录界面如下图所示。

图5-4用户登录界面

1. 1. 用户资料修改模块的实现

用户登录/注册成功之后可以修改自己的基本信息。修改页面的表单中每一个input的name值都要与实体类中的参数相匹配，在用户点击修改页面的时候，如果改后用户名与数据库里面重复了，页面会提示该用户名已经存在了，否则通过Id来查询用户，并将用户的信息修改为表单提交的数据。

1. 1. 图书资讯列表模块的实现

如果图书资讯列表数据的信息需要修改，管理员可以通过查询图书资讯列表数据的基本信息来查询图书资讯列表数据，查询图书资讯列表数据是通过ajax技术来进行查询的，需要传递图书资讯列表数据的标题、编号等参数然后在返回到该页面中,可以选中要修改或删除的那条信息，如果选中了超过一条数据，页面会挑一个窗口提醒只能选择一条数，如果没有选中数据会挑一个窗口题型必须选择一条数据。当选择确认修改的时候，后台会根据传过来的id到数据库查询，并将结果返回到修改页面中，可以在修改页面中修改刚刚选中的信息当点击确认的时候from表单会将修改的数据提交到后台并保存到数据库中，就是说如果提交的数据数据库中存在就修改，否则就保存。

图书资讯列表展示界面如下图所示。

图5-5图书资讯列表展示界面

图书资讯管理界面如下图所示。

图5-6图书资讯管理界面

1. 1. 图书借阅模块的实现

用户借阅信息后台会自动生成图书出借列表。从session中取出该用户信息，前台发起请求，将对应的用户信息、baozhangpId参数信息从前台传递BaozhangController类里，匹配到create()方法，create()方法调用BaozhangServiceImpl类的createBaozhang()方法获取数据，调用本类的getCartBaozhangItem()方法得到出借列表。

图书借阅界面如下所示。

图5-7图书借阅界面

1. 1. 图书归还模块的实现

图书归还功能需要考虑高并发，防止出现图书重复归还、逾期归还、图书状态显示出错等情况，特对图书这一共享数据增加锁机制。在乐观锁、悲观锁以及线程锁中，综合考虑性能效率和错误的可接受性选择了乐观锁机制。乐观锁的实现方式是使用版本标识来确定读到的数据与提交时的数据是否一致，提交后修改版本标识，不一致时可以采取丢弃和再次尝试的策略。在数据库图书表（对应图书实体）设计中增加了version字段，每次数据提交时（更改图书状态）会判断version是否匹配，若不匹配停止本次提交，若匹配则提交成功并增加version的值。

图书归还功能整体流程：用户进行图书归还操作时，同时会显示图书的状态，系统会在其显示详细信息的页面时便会判断图书的状态，若图书状态为在限定的归还日期内，则会显示归还的链接按钮。在用户点击归还按钮时，会先通过拦截器判断用户是否登录，若未登录，会跳转至登录页面，提示用户先登录，若为登录用户就会跳转至填写归还信息的页面，填写好归还信息之后，点击提交按钮，图书归还成功之后返回提示信息，告知用户还书成功。

图书归还流程图如下图所示。

图5-8图书归还流程图

图书归还界面如下图所示。

图5-9图书归还界面

归还管理界面如下图所示。

图5-10归还管理界面

1. 1. 图书分类列表模块的实现

图书分类列表流程图如下图所示。

图5-11图书分类列表流程图

图书分类管理界面如下图所示。

图5-12图书分类管理界面

1. 系统测试
   1. 测试目的

对任何系统而言，测试都是必不可少的环节，测试可以发现系统存在的很多问题，所有的软件上线之前，都应该进行充足的测试之后才能保证上线后不会Bug频发，或者是功能不满足需求等问题的发生。下面分别从单元测试，功能测试和用例测试来对系统进行测试以保证系统的稳定性和可靠性。

1. 1. 功能测试

下表是系统登录功能测试用例，检测了用户名和密码的不同的输入情况，观察系统的响应情况。得出该功能达到了设计目标。

表6-1 系统登录功能测试用例

下表是注册功能测试用例，检测了各种数据的输入情况，观察系统的响应情况。得出该功能达到了设计目标。

表6-2 注册功能测试用例

下表是图书管理功能的测试用例，检测了图书管理中对图书信息的增加，删除，修改，查询操作是否成功运行。观察系统的响应情况，得出该功能也达到了设计目标，系统运行正确。

前置条件；用户登录系统。

表6-3 图书管理的测试用例

下表是图书借阅管理功能的测试用例，检测了图书借阅管理中借阅申请的操作是否成功运行。观察系统的响应情况，得出该功能也达到了设计目标，系统运行正确。

前置条件；用户登录系统。

表6-5 图书借阅管理的测试用例

1. 1. 性能测试

使用阿里云PTS（Performance Testing Service）性能测试服务对线上系统进行压力测试。线上服务器环境为：1核心CPU，1G内存，1Mbps公网带宽，Centos7.0操作系统。

压测过程中使用了2台并发机器，每台机器20个用户并发，对系统主页，登录，数据查询和数据维护等模块进行并发访问，测试结果是有40个用户并发时，数据管理相关页面的响应时间甚至达到了7s，通过查看服务器出网流量发现已经达到1381kb/s，可以看出服务器的带宽已经达到峰值，如果系统使用5Mbps的带宽，系统的响应时间和TPS将会大大增加。在整个测试的过程中，CPU的使用率占用仅8%，也提现出带宽瓶颈对系统的影响非常严重。

1. 总结与展望

随着计算机互联网技术的迅猛发展，各行各业都已经实现采用计算机相关技术对日益放大的数据进行管理。该课题是图书馆管理系统为核心展开的，主要是为了实现图书借阅信息化管理和用户在线归还图书的需求。

图书馆管理系统的开发是以Django框架作为基础，系统整体为B/S架构，数据库系统使用MySQL。文中详细分析了图书馆管理系统的研究背景、研究目的和意义、开发工具和相关技术以及系统需求、系统详细设计和系统测试等等一系列内容。系统实现了图书馆管理系统所需的一些基本功能，并通过测试对这些实现的功能进行了完善，进而提高了系统整体的实用性。系统投入运行时，各功能均运行正常。系统的每个界面的操作符合常规逻辑，对使用者来说操作简单，界面友好。整个系统的各个功能设计合理，体现了人性化。

但是由于自己在系统开发过程中对一些用到的相关知识和技术掌握不够牢固，再加上自身开发经验欠缺，因此系统在有些方面的功能还不够完善，考虑的不够全面，因此整个系统还有待日后逐步完善。