公交路线查询系统-数据库及查询接口设计-毕业论文

本科毕业论文本科毕业论文 (科研训练、毕业设计) 题题 目：公交路线查询系统目：公交路线查询系统 数据库及查询接口设计数据库及查询接口设计 姓 名： 学 院： 软件学院 系： 专 业： 软件工程 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 指导教师（校外）： 职称： 年 月 日 公交车查询系统数据库及查询接口设计 1 公交路线查询系统公交路线查询系统- -数据库及查询接口设计数据库及查询接口设计 摘要 本文分析了公交路线查询系统数据库的各个实体之间的关系,并以此为依据建立 数据库表、视图,满足公交车查询系统的需求。用 Java 语言对数据库进行操作，因为系统最 终要建立成网站形式，每一次网页访问都要对数据库进行打开、关闭。为了防止数据库频繁 打开、关闭损耗大部分系统资源而使用数据库连接池。分析连接池的原理和具体实现步骤, 并以 Java 程序为例介绍具体怎么实现。并配置一个 Servlet 在 tomcat 服务器起动、关闭 时打开、关闭数据库连接池。 数据库接口提供采用了多层结构，将数据库连接获取、关闭封装在底层的类中，在上层 的类只要传入要操作的 sql 语句，就能返回结果。并以此为基础提供公交路线查询系统所需 的各种接口以及对数据库管理的各种接口。 关键词 数据库连接池 Servlet BusBus LineLine QueryQuery SystemSystemDesignDesign ofof databasedatabase andand queryquery interfaceinterface Abstract This paper analyzed the relationships between each entity of the database of the Bus Line Query System. According to the analyzed result, I built database tables and views, which might satisfy the needs of the Bus Line Query System. The reasons why I chose the Java language to operate the database are all because finally the system would be built as website, and every visit to the web page would need the opening or closing of the database. For preventing the wasting of greater part of the system resources by opening or closing the database too frequently, I used the database connection pool. I analyzed the principles and the concrete steps of the database connection pool, and used Java procedure for example to introduce how to realize it. I installed a Servlet to open or close the database connection pool while the tomcat server started and closed. I adopted multilayer structure to offer the database interface, getting connection and closure in the class. The class receives sql language and returns the result. It can provide all the interface to hand over what Bus Line Query System need and what the management of database need. KeyWord Connection Pool Servlet 公交车查询系统数据库及查询接口设计 1 目录目录 引引 言言.2 一、一、数据库分析和建立数据库分析和建立.2 1.11.1 系统功能描述系统功能描述 .2 1.21.2 实体关系实体关系.2 1.31.3 数据库实现数据库实现3 二、二、数据库连接池的实现数据库连接池的实现.5 2.12.1 问题的描述问题的描述.5 2.22.2 问题的分析和解决方案问题的分析和解决方案.6 2.32.3 连接池的具体实现连接池的具体实现 7 三、三、接口的实现接口的实现.8 3.13.1 数据操作结构描述数据操作结构描述 8 3.23.2 查询接口的具体描述查询接口的具体描述.9 3.2.13.2.1 OperateDataOperateData 类类 9 3.2.23.2.2 ServiceService 类类 .9 3.2.33.2.3 Service_enService_en 类类17 3.33.3 管理接口的实现管理接口的实现25 3.3.13.3.1 AdminAdmin 类类.25 3.3.23.3.2 StationStation 类类 .27 3.3.33.3.3 LineLine 类类.30 3.3.43.3.4 LocationLocation 类类32 四、四、结论结论.35 致致 谢谢 语语.35 参考文献参考文献.35 附附 录录.35 公交车查询系统数据库及查询接口设计 2 引引 言言 近年来，随着厦门旅游城市的发展以及交通设施的发达，越来越多的游客选择来厦门旅 游，为了给人们提供乘车的方便以及配合厦门信息港的建设，促进“数字厦门”的发展，我 们小组设计了可以用在手机、PDA、个人 PC 上的厦门市公交路线查询系统。该系统数据库涉 及上百路公交车，六百多个站点，基本涵盖了全厦门市的站点路线。整个系统分三层构架， 前面数据表示层，中间事务逻辑层，后台数据操作层,系统层次分明也方便分工合作。本文 的主要目的是数据操作层,为中间事务逻辑层提供接口。详细介绍了从数据库设计，建表到 数据库实现各种功能的 SQL 操作。采用数据库连接池技术，解决网页的频繁打开、关闭而使 数据库也随之打开、关闭，占用系统大量资源。采用多层操作数据，结构清晰，方便开发。 一、一、 数据库分析和建立数据库分析和建立 1.11.1 系统功能描述系统功能描述 厦门市公交车路线查询系统分为前台应用和基于 web 的后台数据管理和维护两大部分。 前台应用分为 3 个部分，即：基于移动电话的应用、基于个人 PDA 的应用，基于个人 PC 上 的 web 浏览器应用。前台应用提供的功能大致分为：按车次查询、按站点/地点查询、按起 点/终点查询;后台管理与维护包括对站点、地点与线路的数据操作。 1.21.2 实体关系实体关系 根据功能的需求我们设计数据库 数据库实体图如:图 1、图 2、图 3 L Li in ne eS St ta at ti io on n id Bus_num Station_id Station_id name Name_en X Y through station Station_num 图 1 公交车查询系统数据库及查询接口设计 3 L Lo oc ca at ti io on n Location_idname Name_en XY Manager User password 图 2 图 3 1.31.3 数据库实现数据库实现 根据实体建表 Station_db 站点表，描述的是站点的属性,详细内容见表 1 Station_id 表示站点的 ID 值 Station_name 表示中文站点名字 Station_name_en 表示英文站点名字 Station_X,Station_Y 是将地图网格化后,站点的 X 轴 Y 轴坐标 表 1 属性类型 Staion_IDint Station_Namevarchar Station_Name_envarchar Station_Xint Station_Yint Line_db 表，描述的是公交车经过的站点, 详细内容见表 2 Line_ID 表示线路的 ID 值 Station_ID 是站点的 ID 值，是表 Station_db 的外键 Bus_Num 表示第几路公交车 Station_Num 表示第几站，上行用正值表示(从起始站按顺序递增) 下行用负值表示(也是按站点递增) 公交车查询系统数据库及查询接口设计 4 表 2 属性类型 Line_IDint Station_IDint Bus_Numint Staion_Numint Manager 表，描述的是用户与密码,见表 3 User 表示管理用户的名称 Password 表示相应的密码 表 3 属性类型 uservarchar passwordvarchar Location_db 地点名表，描述的是著名地点的具体信息,见表 4 Location_id 表示地点的 ID 值 Location_name 表示中文地点名字 Location_name_en 表示英文地点名字 Location_X,Location_Y 是将地图网格化后,地点的 X 轴 Y 轴坐标 表 4 属性类型 Location_IDint Location_Namevarchar Location_Name_envarchar Location_Xint Location_Yint 视图 Bus_Station 表示公交车走了哪一站，并且这是第几站,见表 5 Station_name 中文站点名字 Bus_num 第几路公交车 Station_num 表示第几站 公交车查询系统数据库及查询接口设计 5 表 5 属性类型 Station_nameint Bus_numint Station_numint 视图 Bus_Station_en 表示公交车走了哪一站，并且这是第几站,见表 6 Station_name_en 中文站点名字 Bus_num 第几路公交车 Station_num 表示第几站 表 6 属性类型 Station_name_enint Bus_numint Station_numint 二、二、数据库连接池的实现数据库连接池的实现 2.12.1 问题的描述问题的描述 一般情况下，在使用开发基于数据库的 WEB 程序时，传统的模式基本是按以下步骤： 1 在主程序（如 Servlet、Beans）中建立数据库连接 2 进行 SQL 操作，取出数据 3 断开数据库连接 使用这种模式开发，存在很多问题。首先，我们要为每一次 WEB 请求（例如察看某一 篇文章的内容）建立一次数据库连接，对于一次或几次操作来讲，或许你觉察不到系统的开 销，但是，对于 WEB 程序来讲，即使在某一较短的时间段内，其操作请求数也远远不是一 两次，而是数十上百次（想想全世界的网友都有可能在您的网页上查找资料） ，在这种情况 下，系统开销是相当大的。事实上，在一个基于数据库的 WEB 系统中，建立数据库连接的 操作将是系统中代价最大的操作之一。很多时候，可能您的网站速度瓶颈就在于此。 其次，使用传统的模式，你必须去管理每一个连接，确保他们能被正确关闭，如果出现 公交车查询系统数据库及查询接口设计 6 程序异常而导致某些连接未能关闭，将导致数据库系统中的内存泄露，最终我们将不得不重 启数据库。 2.22.2 问题的分析和解决方案问题的分析和解决方案 针对以上问题，我们首先想到可以采用一个全局的 Connection 对象，创建后就不关闭，以后 程序一直使用它，这样就不存在每次创建、关闭连接的问题了。但是，同一个连接使用次数 过多，将会导致连接的不稳定，进而会导致 WEB SERVER 的频频重启。故而，这种方法也 不可取。实际上，我们可以使用连接池技术来解决上述问题。首先，介绍一下连接池技术的 基本原理。顾名思义，连接池最基本的思想就是预先建立一些连接放置于内存对象中以备使 用：如图 4 书馆 图 4 当程序中需要建立数据库连接时，只须从内存中取一个来用而不用新建。同样，使用完毕后， 只需放回内存即可。而连接的建立、断开都有连接池自身来管理。同时，我们还可以通过设 置连接池的参数来控制连接池中的连接数、每个连接的最大使用次数等等。通过使用连接池， 将大大提高程序效率，同时，我们可以通过其自身的管理机制来监视数据库连接的数量、使 用情况等。 建立连接池第一步，就是要建立一个静态的连接池，所谓静态是指，池中的连接是在系 统初始化时就分配好的，并且不能够随意关闭的。Java 中给我们提供很多容器类可以方便的 公交车查询系统数据库及查询接口设计 7 用来构建连接池，如：Vector、Stack 等。在系统初始化时，根据配置创建连接并放置在连 接池中，以后所使用的连接都是从该连接池中获取的，这样就可以避免连接随意建立、关闭 造成的开销（当然，我们没有办法避免 Java 的 Garbage Collection 带来的开销） 。 第二步 分配、释放策略。有了这个连接池，下面我们就可以提供一套自定义的分配、释 放策略。当客户请求数据库连接时，首先看连接池中是否有空闲连接，这里的空闲是指，目 前没有分配出去的连接。如果存在空闲连接则把连接分配给客户，并作相应处理，具体处理 策略，在关键议题中会详述，主要的处理策略就是标记该连接为已分配。若连接池中没有空 闲连接，就在已经分配出去的连接中，寻找一个合适的连接给客户（选择策略会在关键议题 中详述） ，此时该连接在多个客户间复用。当客户释放数据库连接时，可以根据该连接是否 被复用，进行不同的处理。如果连接没有使用者，就放入到连接池中，而不是被关闭。可以 看出正是这套策略保证了数据库连接的有效复用。配置策略数据库连接池中到底要放置多少 个连接，连接耗尽后该如何处理呢？这时一个配置策略。一般的配置策略是，开始时，根据 具体的应用需求，给出一个初始的连接池中连接的数目以及一个连接池可以扩张到的最大连 接数目。本方案就是按照这种策略实现的。 2.32.3 连接池的具体实现连接池的具体实现 图 5 是我们实现连接池的类 图 5 其中 openDB()方法是我们建立连接池的第一步,预先打开数个数据库连接 公交车查询系统数据库及查询接口设计 8 getConnection()方法是我们获取一个连接的方法 returnConnection()方法是将一个连接返回给连接池 管理连接池的策略是取出一个连接时，将这个连接放到 boundConnect 队列，当返回连 接时将这个连接从 boundConnect 放入 freeConnect 队列，当连接全部取出时用户还想继续 取连接，用户只好等待，直到其他用户将连接返回给连接池时用户才能取出连接。 另外我们写了一个 ConnServlet 配置在 tomcat 服务器上，在服务器起动时就起动连接池 (运行 init()方法)，服务器关闭时(运行 destroy()方法)就关闭连接池。运行 getConnection()方 法可以调用连接池的 getConnection 方法获得数据库连接。运行 returnConnection()方法可以 调用连接池的 returnConnection()方法回收连接。 三、接口的实现接口的实现 3.13.1 数据操作结构描述数据操作结构描述 数据操作类的层次结构图如图 6: ConnPool ConnServlet OperateData Service_enAdminStationLocationLineService 图 6 ConnPool 类是数据库连接池 ConnServlet 是一个 servlet 的子类，在服务器起动时起动连接池，在服务器关闭时关闭连接 池 OperateData 类是连接封装类，向 ConnServlet 取得数据库连接，并接收上层用户传来的 sql 语句，将结果返回给上层 Service_en 是提供英文站点查询服务接口的类 Service 是提供中文站点查询服务接口的类 Admin 提供用户管理的类 公交车查询系统数据库及查询接口设计 9 Station 提供站点管理的类 Location 提供地点管理的类 Line 提供线路管理的类 3.23.2 查询接口的具体描述查询接口的具体描述 3.2.13.2.1 OperateDataOperateData 类类 图 7 图 7 是 OperateData 类，executeSQL 方法是用来执行 SQL 查询操作;execUpdate 是用来执行 SQL 修改操作;closeConnection() 是将数据库连接返回给连接池。 3.2.23.2.2 ServiceService 类类 图 8 图 8 是 Service 的类图，从图中可以看出这个类提供了哪些接口，下面我们就来具体描述这 些接口。 公交车查询系统数据库及查询接口设计 10 database.util Class Service public class Service Method Detail Single_Bus public java.sql.ResultSet Single_Bus(java.lang.String from, java.lang.String to) 提供不转车查询 传入的参数 from 表示 起始站 to 表示 终点站 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 Bus_num(几路车) Single_Bus 中使用的 sql 查询语句是： select a.bus_num from (select bus_num,station_num from Bus_Station where Station_name=厦大) as a, (select bus_num,station_num from Bus_Station where Station_name=火车站) as b where a.bus_num=b.bus_num and (a.station_num0 and b.station_num0 and a.station_num0 and b.station_num0) 示例返回结果： 1,18,21 Double_Bus public java.sql.ResultSet Double_Bus(java.lang.String from, java.lang.String to) 提供转车查询 传入的参数 from 表示 起始站 to 表示 终点站 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 Bus_num(起始站的车次),station_name(中间转车的站点名）, Bus_num(要转的车次) 公交车查询系统数据库及查询接口设计 11 Double_Bus 所用到的 sql 查询语句是: select a.bus_num,a.station_name,b.bus_num from (select c.station_name,c.bus_num from bus_station as c,(select * from bus_station where station_name=厦大学生公寓) as d where c.bus_num =d.bus_num and (c.station_num0 and d.station_num0 and c.station_numd.station_num or c.station_numd.station_num) and not(c.station_num0 and d.station_num0) ) as a, (select c.station_name,c.bus_num from bus_station as c,(select * from bus_station where station_name=仓里) as d where c.bus_num =d.bus_num and (c.station_num0 and d.station_num0 and c.station_num0 and d.station_num0) ) as b where a.station_name=b.station_name and a.bus_num 0 or a.station_num0 and b.station_num0 and a.station_num0 and b.station_num0) 示例返回结果： 1,18,21 Double_Bus public java.sql.ResultSet Double_Bus(java.lang.String from, java.lang.String to) 提供转车查询 传入的参数 from 表示 起始站 to 表示 终点站 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 Bus_num(起始站的车次), station_name_en(中间转车的站点名）, Bus_num(要转的车次) Double_Bus 所用到的 sql 查询语句是: select a.bus_num,a.station_name_en,b.bus_num 公交车查询系统数据库及查询接口设计 19 from (select c.station_name_en,c.bus_num from bus_station_en as c, (select * from bus_station_en where upper(station_name_en)=upper(qiantian) as d where c.bus_num =d.bus_num and (c.station_num0 and d.station_num0 and c.station_numd.station_num or c.station_numd.station_num) and not(c.station_num0 and d.station_num0) ) as a, (select c.station_name_en,c.bus_num from bus_station_en as c,(select * from bus_station_en where upper(station_name_en)=upper(cangli) as d where c.bus_num =d.bus_num and (c.station_num0 and d.station_num0 and c.station_num0 and d.station_num0) ) as b where upper(a.station_name_en)=upper(b.station_name_en) and a.bus_nu0 or a.station_num0 and b.station_num0) 示例结果: 1 12 getBus public java.sql.ResultSet getBus(java.lang.String station) 提供经过某一站点所有车次的查询 传入的参数是一个 String 型英文站点名 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 bus_num(车次) getBus 所用 sql 查询语句: select bus_num from bus_station_en where upper(station_name_en)=upper(xiada ) order by bus_num 示例结果: 1 15 18 20 21 29 45 47 71 82 i 公交车查询系统数据库及查询接口设计 23 sLocation public boolean isLocation(java.lang.String location) 提供地点查询 传入的参数是一个英文地点名 返回的是一个 boolean 值 为 true 时表示是一个站点名 为 false 时表示 不是一个英文地点名 isLocation 所用的查询语句: select location_name_en from location_db where upper(location_name_en)=upper(xiada) getLocation public java.sql.ResultSet getLocation(java.lang.String location) 提供地点查询 传入的参数 location 表示地点名 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 location_name_en(英文 地点名）, location_x 坐标 x,location_y(坐标 y) getLocation 所用的查询语句： select location_name_en,location_x,location_y from location_db where upper(location_name)=upper(xiada) Location public java.sql.ResultSet Location(java.lang.String location) 提供地点模糊查询 传入的参数 location 表示英文地点名 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 location_name_en(英文 公交车查询系统数据库及查询接口设计 24 地点名）, location_x 坐标 x,location_y(坐标 y) Location 所用的 sql 查询语句： select station_id,station_name_en from station_db where upper(station_name_en) like %+upper(xiada)+% getStation public java.sql.ResultSet getStation(int station_x, int station_y) 提供站点查询 传入的参数 station_x,station_y 表示站点坐标 返回结果是一个记录集，如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段 为 station_id(站点关键值）,station_name_en(中间转车的站点名, getStation 所用的 sql 查询语句: select station_id,station_name_en from station_db where station_x=45 and station_y=39 getStationName public java.sql.ResultSet getStationName(int station_id) 根据 station_id 来获取 station_name_en 返回结果是一个记录集，如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段 为 station_name_en(英文站点名) getStationName 所用的 sql 查询语句: select station_name_en from station_db 公交车查询系统数据库及查询接口设计 25 where station_id=2001 closeConnection public void closeConnection() 使用完连接后，将连接返回给连接池 3.33.3 管理接口的实现管理接口的实现 3.3.13.3.1 AdminAdmin 类类 图 10 图 10 是 Admin 的类图，从图中可以看出这个类提供了哪些接口，下面我们就来具体描述这 些接口。 database.util Class Admin public class Admin Method Detail checkUserPwd 公交车查询系统数据库及查询接口设计 26 public boolean checkUserPwd(java.lang.String username, java.lang.String userpwd) 检测用户名和密码是否正确 传 入参数 username 表示 用户名，userpwd 表示密码 如果用户和密码都正确返回 true,否则返回 false modifyUserPwd public boolean modifyUserPwd(java.lang.String username, java.lang.String userpwd) 修改用户密码 传 入参数 username 表示 用户名，userpwd 表示新密码 如果修改成功返回 true,否则返回 false closeConnection public void closeConnection() 使用完连接后，将连接返回给连接池 3.3.23.3.2 StationStation 类类 公交车查询系统数据库及查询接口设计 27 图 11 上图是 Station 的类图，从图中可以看出这个类提供了哪些接口，下面我们就来具体描述这 些接口。 database.util Class Station public class Station Method Detail checkStation public boolean checkStation(java.lang.String station) 提供站点查询 传入的参数是一个站点名 返回的是一个 boolean 值 为 true 时表示是一个站点名 为 false 时表示 不是一个站点名 getStation public java.sql.ResultSet getStation(java.lang.String station) 根据站名取得站点信息 传入参数 station_name 站点名 公交车查询系统数据库及查询接口设计 28 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 station_id(关键码数值), station_name(站点名),station_name_en(英文站点名), station_x(x 轴坐标） ，station_y(y 轴坐标) getStationEn public java.sql.ResultSet getStationEn(java.lang.String station) 根据站名取得站点信息 传入参数 station 站点名 返回值是一个记录集如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 station_id(关键码数值), station_name(站点名),station_name_en(英文站点名), station_x(x 轴坐标） ，station_y(y 轴坐标) Station public java.sql.ResultSet Station(java.lang.String station) 提供模糊站点查询 传入的参数是一个 String 型 查找与这个 String 相类似的站点名 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 station_id(关键码数值), station_name(站点名),station_name_en(英文站点名), station_x(x 轴坐标） ，station_y(y 轴坐标) addStation public boolean addStation(java.lang.String station, int station_x, int station_y, java.lang.String station_en) 往站点表 station_db 里添加一条新记录 公交车查询系统数据库及查询接口设计 29 传入参数 station 站点名，station_en 英文站点名,station_x（x 坐标）,station_y(y 坐标) 添加成功返回 true,否则返回 false modStation public boolean modStation(int id, java.lang.String station_name, int station_x, int station_y, java.lang.String station_name_en) 修改表里的一条新记录 传入参数 id(站点 id),station 站点名，station_x（x 坐标）,station_y(y 坐标) 添加成功返回 true,否则返回 false delStation public boolean delStation(java.lang.String station_name) 从站点表 station_db 里删除记录 传入参数 station 站点名 添加成功返回 true,否则返回 false closeConnection public void closeConnection() 使用完连接后，将连接返回给连接池 3.3.33.3.3 LineLine 类类 公交车查询系统数据库及查询接口设计 30 图 12 上图是 Line 的类图，从图中可以看出这个类提供了哪些接口，下面我们就来具体描述这些 接口。 database.util Class Line public class Line Method Detail checkLine public boolean checkLine(int bus_num, java.lang.String station_name) 查询公交车是否经过某一站 传入参数 bus_num（几路车),station_name(站点名称) 如果 bus_num 经过 station_name 这一站则这回 true 否则返回 false getLine public java.sql.ResultSet getLine(java.lang.String bus_num) 公交车查询系统数据库及查询接口设计 31 提供查哪一路车经过的所有站点 传入参数 bus_num（几路车) 返回结果是一个记录集 如果为空表示查询出错或没有结果 如果不为空则记录集中的字段为 line_id(关键码数值), station_name(站点名), station_name_en(英文站点名),station_num(第几站) 记录按 station_num 从小到大排序 addLine public boolean addLine(int bus_num, java.lang.String station_name, int station_num) 在 line_db 表里添加一条记录 传入参数 bus_num(几路车),station_name(站点名),station_num(第几站) 非法站点则返回 false 添加成功返回 true,否则返回 false delLine public boolean delLine(int bus_num, java.lang.String station_name) 删除 line_db 里的一条记录 传入参数 bus_num(几路车),station_name(站点名) 非法站点则返回 false 删除成功返回 true,否则返回 false modLine public boolean modLine(int id, int bus_num, java.lang.String station_name, int station_num) 公交车查询系统数据库及查询接口设计 32 修改 Line_db 表的一条记录 传入参数 id(line_db 表里的关键 字段第 几条记录） bus_num 几路车，station_name 站点名 字 station_num 第几站 如果修改成功则返回 true,否则返回 false closeConnection public void closeConnection() 使用完连接后，将连接返回给连接池 3.3.43.3.4 LocationLocation 类类 图 13 上图是 Location 的类图，从图中可以看出这个类提供了哪些接口，下面我们就来具体描述 这些接口。 database.util Class Location public class Location Method Detail checkLocation 公交车查询系统数据库及查询接口设计 33 public boolean checkLocation(java.lang.String location) 提供地点查询 传入的参数是一个地点名 返回的是一个