项目实践：学生成绩管理系统

一、项目背景

作为一名计科专业的学生，这学期《面向对象程序设计(Java)》的课程设计给了我一个将理论知识付诸实践的机会。我选择开发一个基于 Web 的课堂点名系统，主要解决传统课堂点名中存在的两个痛点：

• 随机点名不公：纯随机点名可能导致某些学生被频繁点到而另一些学生长期被忽略
• 数据难以沉淀：点名结果缺乏系统化记录和统计分析，教师无法回溯历史点名情况

经过几周的努力，我完成了这个名为 AttendanceSystem 的项目。它不仅仅是一个点名工具，更是一个完整的学生管理与数据统计平台。

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二、技术选型

在技术栈的选择上，我采用了经典的 Java Web 组合：

层次	技术
后端核心	Java Servlet + JSP
数据库	MySQL 8.0
数据库连接	JDBC + 自封装 JDBCUtil
Excel 处理	Apache POI 5.2.5
JSON 序列化	Jackson 2.15.2
数据可视化	ECharts 5.5.0
前端交互	原生 JavaScript + Fetch API
服务器	Apache Tomcat 9.0

整套系统采用 MVC 分层架构，分为控制层（Servlet 接收请求分发）、服务层（Service 处理业务逻辑）、数据访问层（DAO 封装 SQL）和模型层（Model 数据实体），各层职责清晰。

包结构：

com.attendance
├── model/         数据实体层
│   ├── Student.java      学生实体
│   ├── Record.java       点名记录实体
│   └── User.java         用户实体
├── dao/           数据访问层
│   ├── StudentDao.java   学生表 CRUD + 批量操作
│   ├── RecordDao.java    点名记录表操作 + 统计查询
│   └── UserDao.java      用户表操作
├── service/       业务服务层
│   ├── CallService.java       点名核心算法 + 事务管理
│   └── StudentService.java    学生管理 + Excel/文本解析导入
├── servlet/       控制层
│   ├── CallServlet.java       点名 Ajax 接口
│   ├── StatServlet.java       统计报表 + CSV 导出
│   ├── ImportServlet.java     文件上传 + 批量导入
│   ├── StudentServlet.java    学生编辑/删除/清空接口
│   ├── LoginCheckServlet.java 登录验证（查数据库）
│   └── RegisterServlet.java   注册接口
└── util/          工具层
    └── JDBCUtil.java          数据库连接工具

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三、核心功能模块

3.1 用户注册与登录模块

系统支持多用户。注册时校验用户名是否重复（查数据库）、两次密码是否一致；登录时查询 sys_user 表验证用户名和密码。首次启动时自动创建 admin/123 默认管理员账号。

数据库建表：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS sys_user (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    username VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,
    password VARCHAR(50) NOT NULL,
    role VARCHAR(20) DEFAULT 'teacher'
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

RegisterServlet.java — 注册接口：

@WebServlet("/register")
public class RegisterServlet extends HttpServlet {
    private UserDao userDao = new UserDao();

    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
            throws ServletException, IOException {
        req.setCharacterEncoding("UTF-8");
        String username = req.getParameter("username");
        String password = req.getParameter("password");
        String password2 = req.getParameter("password2");

        // 校验用户名
        if (username == null || username.trim().length() < 2) {
            req.setAttribute("error", "用户名至少2个字符");
            req.getRequestDispatcher("register.jsp").forward(req, resp);
            return;
        }
        // 校验密码
        if (password == null || password.length() < 3) {
            req.setAttribute("error", "密码至少3位");
            req.getRequestDispatcher("register.jsp").forward(req, resp);
            return;
        }
        // 校验两次密码一致
        if (!password.equals(password2)) {
            req.setAttribute("error", "两次密码不一致");
            req.getRequestDispatcher("register.jsp").forward(req, resp);
            return;
        }
        // 校验用户名不重复
        if (userDao.findByUsername(username.trim()) != null) {
            req.setAttribute("error", "用户名已存在");
            req.getRequestDispatcher("register.jsp").forward(req, resp);
            return;
        }
        // 写入数据库
        boolean ok = userDao.addUser(new User(username.trim(), password));
        if (ok) {
            req.setAttribute("msg", "注册成功，请登录");
            req.getRequestDispatcher("login.jsp").forward(req, resp);
        }
    }
}

LoginCheckServlet.java — 登录验证（查数据库）：

@WebServlet("/loginCheck")
public class LoginCheckServlet extends HttpServlet {
    private UserDao userDao = new UserDao();

    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
            throws ServletException, IOException {
        String username = req.getParameter("username");
        String password = req.getParameter("password");

        // 查数据库验证
        User user = userDao.findByUsername(username);
        if (user != null && user.getPassword().equals(password)) {
            HttpSession session = req.getSession();
            session.setAttribute("user", username);
            session.setAttribute("role", user.getRole());
            resp.sendRedirect("call.jsp");
            return;
        }
        // 首次启动：数据库为空时 admin/123 自动入库
        if ("admin".equals(username) && "123".equals(password) && userDao.countAll() == 0) {
            userDao.addUser(new User("admin", "123"));
            req.getSession().setAttribute("user", username);
            resp.sendRedirect("call.jsp");
            return;
        }
        req.setAttribute("errorMsg", "用户名或密码错误");
        req.getRequestDispatcher("login.jsp").forward(req, resp);
    }
}

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3.2 学生管理模块

学生管理是系统的基础，涵盖全部 CRUD 操作。

3.2.1 批量导入学生

支持两种导入方式：

• 文件导入：上传 Excel (.xlsx/.xls) 或 CSV/TXT 文件，后端用 Apache POI 解析，自动检测表头，兼容 3 列（学号/姓名/班级）和 4 列（学号/姓名/性别/班级）格式
• 手动录入：网页端动态添加表格行，逐行填写后批量提交

StudentService.java — Excel 解析：

public List<Student> parseExcel(InputStream is, String fileName) throws IOException {
    List<Student> list = new ArrayList<>();
    Workbook wb = fileName.endsWith(".xlsx") ? new XSSFWorkbook(is) : new HSSFWorkbook(is);
    Sheet sheet = wb.getSheetAt(0);
    int start = 0;
    boolean hasGender = false;
    Row hdr = sheet.getRow(0);
    if (hdr != null && hdr.getCell(0) != null) {
        String v = getStr(hdr.getCell(0));
        // 检测表头
        if ("学号".equals(v) || "姓名".equals(v) || "name".equalsIgnoreCase(v)) {
            start = 1;
            // 检测是否有"性别"列
            for (int c = 0; c <= 3; c++) {
                if ("性别".equals(getStr(hdr.getCell(c)).trim())) { hasGender = true; break; }
            }
        }
    }
    for (int i = start; i <= sheet.getLastRowNum(); i++) {
        Row row = sheet.getRow(i);
        if (row == null) continue;
        String sid = getStr(row.getCell(0)).trim();
        String name = getStr(row.getCell(1)).trim();
        // 根据有无性别列决定读取方式
        String gender = hasGender ? getStr(row.getCell(2)).trim() : "";
        String cls = hasGender ? getStr(row.getCell(3)).trim() : getStr(row.getCell(2)).trim();
        if (!sid.isEmpty() || !name.isEmpty())
            list.add(new Student(sid, name, gender, cls));
    }
    wb.close(); return list;
}

重复学号检测（batchImport 方法核心逻辑）：

public Map<String, Object> batchImport(List<Student> students) {
    int success = 0, fail = 0, dup = 0;
    Set<String> seen = new HashSet<>();
    Connection conn = null;
    try {
        conn = JDBCUtil.getConnection();
        conn.setAutoCommit(false);  // 手动事务
        for (Student s : students) {
            if (s.getStudentId() == null || s.getStudentId().trim().isEmpty()
                    || s.getName() == null || s.getName().trim().isEmpty()) {
                fail++; continue;
            }
            // 本次导入中重复
            if (seen.contains(s.getStudentId())) { dup++; continue; }
            seen.add(s.getStudentId());
            // 数据库中已有学号
            if (studentDao.findByStudentId(s.getStudentId()) != null) { dup++; continue; }
            studentDao.addStudent(conn, s); success++;
        }
        conn.commit();
    } catch (SQLException e) {
        if (conn != null) conn.rollback();
    } finally { /* 恢复 + 关闭连接 */ }
    // 返回 success / fail / dup 三指标
    result.put("success", success);
    result.put("fail", fail);
    result.put("dup", dup);
    return result;
}

3.2.2 学生编辑与删除

点名页面的学生列表中，每条记录旁有「编辑」和「删除」按钮：

• 编辑：点击后该行变为可编辑状态（姓名 input、性别 select、班级 input），修改后点「保存」发送 POST 请求到 /student?action=edit
• 删除：确认后 POST 到 /student?action=delete，后端使用事务删除关联的点名记录和该学生

3.2.3 按班级删除 & 一键清空

// StudentDao.java — 按班级删除
public int deleteByClass(String className) {
    Connection conn = null;
    try {
        conn = JDBCUtil.getConnection();
        conn.setAutoCommit(false);
        stmt.execute("SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0");
        // 先删关联记录
        "DELETE FROM attendance_record WHERE student_id IN
         (SELECT student_id FROM student WHERE class_name = ?)"
        // 再删学生
        "DELETE FROM student WHERE class_name = ?"
        stmt.execute("SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1");
        conn.commit();
    } catch ... { rollback }
}

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3.3 ★ 智能点名模块

这是系统的核心。传统随机点名完全靠概率，我设计了一个基于被点名次数的公平调度算法，并加入了连续答错保底机制。

3.3.1 公平调度算法

// CallService.java
public Student selectStudent(boolean needHighScore) {
    List<Student> all = studentDao.getAllStudents();
    if (all.isEmpty()) return null;

    // 模式1：连续答错超阈值 → 从高分学生中抽取
    if (needHighScore) {
        List<Student> high = all.stream()
            .filter(s -> s.getTotalCalled() > 0)
            .collect(Collectors.toList());
        if (!high.isEmpty()) {
            int max = high.stream()
                .mapToInt(Student::getTotalCorrect).max().orElse(0);
            List<Student> c = high.stream()
                .filter(s -> s.getTotalCorrect() == max)
                .collect(Collectors.toList());
            return c.get(new Random().nextInt(c.size()));
        }
    }

    // 模式2：正常模式 → 优先选被点名次数最少的学生
    int min = all.stream()
        .mapToInt(Student::getTotalCalled).min().orElse(0);
    List<Student> c = all.stream()
        .filter(s -> s.getTotalCalled() == min)
        .collect(Collectors.toList());
    return c.get(new Random().nextInt(c.size()));
}

算法逻辑：将所有学生按 total_called（被点名次数）升序排列，取最小值的群体，从中随机抽一个。当连续答错达到阈值（默认3次）时，切换到「高分模式」，从答对次数最高的学生中抽取。

3.3.2 前端异步点名与记录

call.jsp 通过 Fetch API 与后端 Ajax 交互，无需刷新页面：

// 点名
callBtn.onclick = function() {
    fetch("call?action=getStudent")
        .then(r => r.json())
        .then(data => {
            if (data && data.studentId) {
                curSid = data.studentId;
                display.innerHTML = data.name +
                    '<div class="sub">' + data.studentId + '</div>';
                okBtn.disabled = false;
                noBtn.disabled = false;
            }
        });
};

// 记录结果
function record(ok) {
    fetch("call?action=record&studentId="
        + encodeURIComponent(curSid) + "&isCorrect=" + ok)
        .then(r => r.text())
        .then(result => {
            if (result === "success") {
                msg.textContent = ok ? "答对了!" : "答错了";
                setTimeout(() => location.reload(), 800);  // 刷新统计
            }
        });
}

3.3.3 点名事务保护

每次点名需同时完成「更新学生统计」和「插入点名记录」两个操作，必须在同一事务中：

// CallService.java — recordResult
public boolean recordResult(String studentId, boolean isCorrect) {
    Connection conn = null;
    try {
        conn = JDBCUtil.getConnection();
        conn.setAutoCommit(false);                      // 开启事务
        if (!studentDao.updateCallResult(conn, studentId, isCorrect))
            { conn.rollback(); return false; }          // 失败回滚
        if (!recordDao.addRecord(conn,
                new Record(studentId, new Date(), isCorrect)))
            { conn.rollback(); return false; }
        conn.commit();                                  // 成功提交
        return true;
    } catch (SQLException e) {
        if (conn != null) conn.rollback();
        return false;
    } finally { /* 恢复 autoCommit + 关闭连接 */ }
}

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3.4 统计报表模块

点名数据只有被看见才有价值。统计模块通过 StatServlet 提供页面展示和 CSV 导出。

3.4.1 ECharts 图表展示

// stat.jsp — 柱状图（点名次数）+ 折线图（正确率）
var ch = echarts.init(document.getElementById("chart"));
ch.setOption({
    tooltip: { trigger: "axis" },
    xAxis: { type: "category", data: names },
    yAxis: [
        { type: "value", name: "次数" },
        { type: "value", name: "正确率%" }
    ],
    series: [
        { name: "点名次数", type: "bar", data: calledCounts, color: "#4a90d9" },
        { name: "正确率%", type: "line", yAxisIndex: 1, data: rates, color: "#27ae60" }
    ]
});

3.4.2 CSV 导出（Excel 友好）

// StatServlet.java
if ("csv".equals(fmt)) {
    resp.setContentType("text/csv;charset=UTF-8");
    resp.setHeader("Content-Disposition",
        "attachment; filename=\"stats_" + timestamp + ".csv\"");
    PrintWriter w = resp.getWriter();
    w.print('');  // UTF-8 BOM 确保 Excel 正确识别中文
    w.println("排名,学号,姓名,性别,班级,点名次数,答对次数,正确率");
    List<Student> list = studentService.getAllStudents();
    list.sort((a, b) -> Double.compare(b.getCorrectRate(), a.getCorrectRate()));
    int rank = 1;
    for (Student s : list) {
        // csv() 方法自动处理逗号、引号转义
        w.printf("%d,%s,%s,%s,%s,%d,%d,%.1f%%\n", rank++,
                csv(s.getStudentId()), csv(s.getName()),
                csv(s.getGender()), csv(s.getClassName()),
                s.getTotalCalled(), s.getTotalCorrect(), s.getCorrectRate());
    }
}

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3.5 ★ 全局搜索功能

在点名页面右侧学生列表中实现了纯前端实时过滤，不请求后端：

function filter() {
    var q = document.getElementById("search").value.toLowerCase();
    var rows = document.querySelectorAll("#tbody tr");
    rows.forEach(function(tr) {
        // 一行代码完成多列匹配
        tr.style.display =
            (!q || tr.textContent.toLowerCase().indexOf(q) >= 0)
            ? "" : "none";
    });
}

技术亮点：通过 textContent 匹配整行文本，一次比较覆盖学号、姓名、性别、班级所有列，无需逐列遍历。

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四、数据库设计

系统使用 MySQL，设计了四张核心表：

E-R 关系：sys_user 独立，student 与 attendance_record 通过 student_id 一对一多关联，删除学生时先删记录再删学生。

student 表

CREATE TABLE student (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    student_id VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,
    name VARCHAR(50) NOT NULL,
    gender VARCHAR(10) DEFAULT '',
    class_name VARCHAR(100),
    total_called INT DEFAULT 0,
    total_correct INT DEFAULT 0,
    status TINYINT DEFAULT 1
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

设计考量：total_called 和 total_correct 为冗余字段，避免每次统计都 JOIN 记录表做 COUNT 聚合。更新点名结果时直接用 UPDATE ... SET total_called = total_called + 1，一次 SQL 完成。

attendance_record 表

CREATE TABLE attendance_record (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    student_id VARCHAR(50) NOT NULL,
    call_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    is_correct TINYINT(1) DEFAULT 0,
    FOREIGN KEY (student_id) REFERENCES student(student_id) ON DELETE CASCADE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

sys_user 表

CREATE TABLE sys_user (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    username VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,
    password VARCHAR(50) NOT NULL,
    role VARCHAR(20) DEFAULT 'teacher'
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

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五、★ 开发中遇到的三个核心困难

困难一：外键约束导致删除失败

问题：最初删除学生时，attendance_record 表的 FOREIGN KEY 约束阻止了删除操作，因为该学生有历史点名记录。

解决：在 DAO 的 deleteStudent() 方法中，使用 SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0 临时关闭外键约束，先删除关联记录，再删除学生，最后恢复约束：

public boolean deleteStudent(String studentId) {
    Connection conn = null;
    try {
        conn = JDBCUtil.getConnection();
        conn.setAutoCommit(false);
        stmt.execute("SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0");
        // 删除关联记录
        "DELETE FROM attendance_record WHERE student_id = ?"
        // 删除学生
        "DELETE FROM student WHERE student_id = ?"
        stmt.execute("SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1");
        conn.commit();
    } catch ... {
        conn.rollback();
    } finally {
        // 确保 finally 中恢复外键检查
        stmt.execute("SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1");
    }
}

收获：异常处理中必须考虑恢复现场——无论是否发生异常，SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1 必须在 finally 中再次执行，否则整个数据库会话的外键检查都被永久关闭。

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困难二：双表操作的事务一致性

问题：点名时需要同时执行两个 SQL——更新 student 表的统计字段和向 attendance_record 表插入记录。最初两个操作各自从 JDBCUtil.getConnection() 获取独立连接，导致一个成功一个失败时数据不一致（学生统计更新了但记录没写入）。

解决：在 CallService 层统一获取一个 Connection 对象，关闭自动提交，将同一个连接作为参数传入两个 DAO 方法，最后统一 commit 或 rollback：

public boolean recordResult(String studentId, boolean isCorrect) {
    Connection conn = null;
    try {
        conn = JDBCUtil.getConnection();
        conn.setAutoCommit(false);   // 手动事务
        if (!studentDao.updateCallResult(conn, studentId, isCorrect))
            { conn.rollback(); return false; }
        if (!recordDao.addRecord(conn, new Record(...)))
            { conn.rollback(); return false; }
        conn.commit();
        return true;
    } catch (SQLException e) {
        if (conn != null) conn.rollback();
        return false;
    }
}

收获：良好的分层设计需要为事务场景预留灵活性。DAO 方法应当提供接受外部 Connection 参数的重载版本，让 Service 层有能力控制事务边界。

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困难三：JSP 模板字符串与 EL 表达式冲突

问题：前端 JavaScript 中使用了 ES6 的模板字符串语法 `${变量名}`，与 JSP 的 EL 表达式（${...}）语法完全一致。Tomcat 的 JSP 编译器在编译 .jsp 文件时，将 <script> 标签内的 ${...} 当作 JSP 表达式处理，导致 ClassNotFoundException 和 500 Internal Server Error。

错误日志：

org.apache.jasper.JasperException: java.lang.ClassNotFoundException:
    org.apache.jsp.student_005fmanage_jsp

解决：将所有 JavaScript 模板字符串改为传统字符串拼接（+ 连接），同时将箭头函数 => 改为 function，let/const 改为 var，确保最大兼容性：

// 错误写法（会与 JSP EL 冲突）
rows.push(`<tr><td>${s.studentId}</td></tr>`);

// 正确写法（兼容 JSP 编译器）
rows.push('<tr><td>' + s.studentId + '</td></tr>');

收获：JSP 虽然是 Java Web 开发的经典技术，但在与现代 JavaScript 混用时存在语法冲突。后续可以考虑前后端分离（如 Vue.js + REST API）彻底避免这类问题。

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困难四：文件上传时 FormData 导致 request.getParameter() 获取不到参数

问题：编辑/删除学生时，前端使用 FormData 封装参数并通过 fetch POST。但后端 request.getParameter("action") 始终返回 null，导致操作始终返回「未知操作」。

原因：FormData 默认使用 multipart/form-data 编码，Servlet 容器需要 @MultipartConfig 注解才会解析 multipart 请求体中的参数。

解决：在 StudentServlet 和 SysServlet 上添加 @MultipartConfig 注解：

@WebServlet("/student")
@MultipartConfig    // 关键：启用 multipart 解析
public class StudentServlet extends HttpServlet { ... }

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六、★ 项目亮点

6.1 公平调度点名算法

不是简单的 Math.random()，而是基于「最少被点名优先」原则的加权随机。同时加入连续答错保底机制，避免了「差生永远答不出」的尴尬循环。

6.2 数据库冗余字段设计

student 表的 total_called 和 total_correct 是统计冗余字段。每次点名时用 UPDATE ... SET total_called = total_called + 1 原子更新，避免了 SELECT COUNT(*) FROM attendance_record GROUP BY student_id 的昂贵查询。

6.3 纯前端实时搜索

一行 tr.textContent.indexOf(q) 完成多列匹配，过滤延迟为零。

6.4 批量导入三级校验

文件导入时经历了「前端去重 → 数据库查重 → SQL 异常兜底」三级防护，确保脏数据不进库。

6.5 CSV 导出 BOM 兼容

导出 CSV 时在文件头写入 UTF-8 BOM ()，确保用 Excel 打开时中文不乱码。

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七、不足与改进方向

1. 密码明文存储：当前 sys_user 表密码为明文，应当改为 BCrypt 哈希存储
2. 点名算法维度单一：目前只在全局范围内按次数分派，后续可以增加按班级维度点名的模式
3. 缺少单元测试：重构时容易引入回归 bug，应补充 JUnit + Mockito 测试
4. 前端代码冗余：原生 JavaScript 操作 DOM 代码量大，后续可引入 Vue.js 简化数据绑定
5. 数据库连接：目前使用 DriverManager 每次获取新连接，生产环境应改用 Druid/HikariCP 连接池
6. 无权限控制：目前只有 role 字段但未实际使用，应区分管理员/教师权限

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八、课程设计感想

这次课程设计让我完整经历了一个 Java Web 项目从零到一的开发过程。

最大的收获不是写出多少行代码，而是踩坑后的思考。外键约束删除失败让我第一次认真阅读了 MySQL 关于 FOREIGN_KEY_CHECKS 的文档；事务一致性问题让我理解了为什么 Spring 选择声明式事务而非编程式事务；JSP 与 JavaScript 的语法冲突让我明白了前后端分离的价值。

每一个 bug 都是一次学习机会。从 500 Internal Server Error 的茫然，到能根据堆栈信息定位到具体代码行，解决问题的效率在提升。我曾经花了两个多小时排查 request.getParameter() 返回 null 的问题，最后发现是 @MultipartConfig 注解没有加——这种经验在课本上是学不到的。

另一个深有感触的是：好的设计需要前瞻性。比如 DAO 层提供接受外部 Connection 的方法，最初觉得是过度设计，但当需要事务保护时发现这是必要的。如果一开始就为这种场景预留了接口，后期改动的代价就小得多。

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九、展望

马上要做的事：

1. 使用 Spring Boot + MyBatis 重构项目，用 AOP 管理事务、用注解替代 Servlet 配置
2. 密码改为 BCrypt 加密存储
3. 引入 Redis 缓存学生列表，减少数据库查询
4. 补充 JUnit 单元测试覆盖核心 DAO 和 Service 方法

未来想尝试的方向：

1. 用 Vue.js 重构前端，实现前后端分离
2. 增加 WebSocket 实现多点名终端同步（教师屏点名，学生屏实时显示结果）
3. 用 Docker 容器化部署（MySQL + Tomcat + 应用一键启动）
4. 学习 Spring Security 实现 OAuth2 登录