技术架构设计
1. 系统架构概述
该系统采用前后端分离的架构，前端使用 React 框架，后端使用 Spring Boot 构建 RESTful API。前后端通过 HTTP 协议进行交互，数据交换格式为 JSON。系统的核心功能包括智能排课、实时冲突检测、多维数据分析和个性化设置等。
架构图
过程走向
graph TD
A[用户前端] <--> B[React 前端]
B <--> C[Spring Boot 后端]
C <--> D[MySQL 数据库]
C <--> E[Redis]
C <--> F[安全控件]
F <--> G[AOP 权限管理]
JSON 数据对接
graph TD
A[前端请求] --> B[React 前端]
B --> C[Spring Boot 后端]
C --> D[接口返回 JSON 数据]
subgraph 前端数据处理
B1[前端发送请求]
B2[处理响应数据]
end
subgraph 后端数据处理
C1[接收请求]
C2[处理业务逻辑]
C3[构建响应数据]
end
%% 数据交互结构
D1[输出数据结构]
D2[code: int]
D3[message: string]
D4[data?: object]
D5[error_message?: string]
D6[output: string]
%% 数据流
A --> B1
B1 --> C1
C1 --> C2
C2 --> C3
C3 --> D1
D1 --> D2
D1 --> D3
D1 --> D4
D1 --> D5
D1 --> D6
B2 --> D1
2. 技术选型
2.1 前端技术
- React：采用 React 构建单页面应用（SPA），确保良好的用户体验与交互性能。
- Tailwind CSS：使用 Tailwind CSS 进行样式管理，提高开发效率并保持代码简洁。
- Redux：用于状态管理，确保前端应用的高效数据流动与状态一致性。
- Axios：用于与后端 API 进行 HTTP 请求，支持异步请求与响应处理。
2.2 后端技术
- Spring Boot：后端使用 Spring Boot 框架，简化了 Spring 应用的配置和部署，提供了高效的 RESTful API 支持。
- 类OAuth2：用于实现身份认证与权限管理。
- Mybatis：用于数据持久化操作，简化数据库操作，支持与 MySQL 的集成。
- Redis：用于缓存和会话管理，提高系统性能和响应速度。
2.3 数据库
- MySQL：采用 MySQL 作为关系型数据库存储系统中的重要数据，如用户信息、课程安排等。
- Redis：用于缓存处理，减少数据库查询次数，提升性能。
- MybatisPlus：简化与数据库的交互，通过实体映射管理数据库表。
2.4 安全与认证
- Token 令牌认证：使用 Redis 存储生成的 UUID 令牌来实现用户身份认证。用户登录成功后，系统会生成一个唯一的 UUID 作为 Token，并将该 Token 存储在 Redis 中，设置过期时间。当 Token 在 Redis 中过期时，用户的登录状态将失效，需重新登录。
- AOP（面向切面编程）：使用 AOP 技术进行动态权限控制，确保只有具有足够权限的用户才能访问特定功能。
3. 系统组件设计
3.1 前端模块
- 首页模块：展示系统的概况，提供导航功能。
- 排课模块：用户可进行课程的智能排课，设置课程时间、地点等。
- 冲突检测模块：实时监控排课冲突，确保课程安排不会重叠。
- 数据分析模块：展示教学资源的利用情况，支持按学期、按教师等多维度的分析。
- 用户管理模块：提供用户注册、登录、权限管理等功能。
3.2 后端模块
- 用户认证模块：实现用户的登录验证与 Token 认证。
- 排课逻辑模块：实现基于智能算法（如遗传算法）的排课功能。
- 课程数据管理模块：提供对课程数据的增、删、改、查操作。
- 冲突检测模块：实现课程冲突检测与自动调整功能。
- 数据统计模块：为管理员提供多维度的数据分析和报表功能。
4. 数据流与模块交互
系统的主要数据流如下：
- 用户通过前端输入课程安排信息，前端通过 Axios 将数据发送至后端。
- 后端使用智能算法（如遗传算法）进行排课，并返回排课结果。
- 若出现冲突，后端将返回冲突信息，前端展示给用户。
- 用户的操作和结果会实时保存至数据库，并在需要时通过 Redis 进行缓存。
模块间交互示意
- 前端与后端：通过 RESTful API 进行交互「故在设计上使用 CORS 跨域进行设计」。
- 后端与数据库：通过 Mybatis 进行持久化操作，使用 MySQL 存储数据，使用 Redis 缓存数据。
- 后端与安全模块：通过 AOP 和 Token 实现认证与授权，确保用户的身份安全。
5. 性能与扩展性
5.1 性能优化
- Redis 缓存：通过 Redis 对热点数据进行缓存，减少数据库的压力。
- 异步处理：对于一些耗时的操作（如排课），采用异步任务处理，提升用户体验。
- 负载均衡：使用负载均衡策略，确保在高并发情况下系统的稳定运行。
5.2 可扩展性
- 模块化设计：各模块之间的耦合度低，便于后期功能扩展和修改。
- 云原生部署：系统架构可以支持容器化部署，利用 Kubernetes 实现自动化的服务部署和管理。
6. 安全性设计
- 身份认证：用户登录后会通过 Token 获取认证令牌，所有后续请求都必须携带此令牌。
- 权限控制：使用 AOP 技术进行权限切面管理，确保不同角色用户只能访问他们权限范围内的功能。
- 数据加密：所有敏感数据（如用户密码）使用加密算法存储，确保数据的安全性。
7. 总结
该技术架构设计注重高效、可扩展和安全性，通过前后端分离的架构设计，能够更好地满足项目需求并支持未来扩展。各模块的技术选型和设计充分考虑了项目的高性能、易维护性以及用户体验。