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# 电子书管理系统

## 用户需求分析

主要面向对象：我自己

数据需求：

- 图书信息
- 统计信息
- 图书附加信息
- 主机和存储设备信息

功能需求：

- 上传并存储电子书，具有不同副本管理的功能，同时需要有历史记录功能
- 搜索并下载电子书
- 对电子书的进行分类管理，基本的有按照类别、作者、年份等
- 书单功能
- 笔记注释功能
- 多用户功能和管理员功能

## 数据字典分析

### 数据处理

- 用户管理
  - 处理过程名：用户管理
  - 说明：管理员对用户信息进行基本的CRUD操作
  - 输入：CRUD请求、用户基本信息
  - 输出：D1中的用户信息记录
- 图书管理
  - 处理过程名：图书管理
  - 说明：用户新建、修改、查询、删除图书数据
  - 输入：请求、用户身份、图书数据
  - 输出：D2图书信息
- 存储管理
  - 处理过程名：存储管理
  - 说明：从其他处理过程中接收数据和请求，实际操作电子书在服务器上的存放
  - 输入：D2的图书编号、D1的用户身份、存取操作
  - 输出：D3存储信息
- 上传下载管理
  - 处理过程名：上传下载管理
  - 说明：用户对指定的文档进行上传和下载
  - 输入：电子文档的文件属性数据、用户的操作请求
  - 输出：D5存取记录、存取操作
- 笔记管理
  - 处理过程名：笔记管理
  - 说明：用户在特定的书籍上添加和查看笔记
  - 输入：用户请求、D1用户身份、D2图书编号
  - 输出：D4中的笔记记录
- 分类信息维护
  - 处理过程名：分类信息维护
  - 说明：在添加书籍时，维护分类和作者信息，方便统计查询
  - 输入：电子文档的图书数据
  - 输出：D6、D7

上传一本书：首先检查用户信息和配额，增加上传记录，如果存在图书，则直接修改存储信息；如果不存在图书，则需要先新建图书，然后再写入存储，同时更新关联表信息。

下载一本书：检查用户权限，查询存储信息，更新下载记录

删除一本书：检查用户权限；如果是删除副本，直接修改存储信息；如果是删除图书，首先需要删除全部的副本，然后删除图书条目，最后删除关联表信息。

新建用户：直接修改用户表

删除用户：检查用户名下的图书和存储、书单信息，先执行删除数目的操作，然后再修改用户表

添加笔记：先找图书表，然后结合用户，单独写入笔记表

删除笔记：先找图书表，然后结合用户，单独修改笔记表

### 数据流

- 数据流名：管理数据

  说明：管理员验证身份，建立用户档案

  来源去向：管理员 -> P1

  数据结构： 密码+用户信息表

- 数据流名：用户身份

  说明：不同的用户身份进入的处理过程不同。

  来源去向：P1->P2.1 P1->P2.2

  数据结构： 用户信息表

- 数据流名：查询请求

  说明：通过书名和类别查询库中的图书

  来源去向：用户 -> P2.1

  数据结构： 类别/书名，图书信息表

- 数据流名：图书数据

  说明：根据电子文档对应的图书情况新建图书记录

  来源去向：图书 -> P2.1，图书 -> P2.3

  数据结构： 图书信息表

- 数据流名：文件数据

  说明：上传文件时，需要提供文件的属性

  来源去向：电子文档 -> P3

  数据结构： 文件属性表

- 数据流名：存取情况

  说明：提供存取操作的数据封装，完成实际的数据存取

  来源去向：P3 -> P2.2

  数据结构： 存取操作结构

- 数据流名：图书编号

  说明：通过图书编号来识别和每种图书相关的数据

  来源去向：P2.1->P4, P2.1->P2.2

  数据结构： 类别/书名，图书信息表

- 数据流名：笔记请求

  说明：通过图书编号发起添加或者查看笔记的请求。

  来源去向：用户 -> P4

  数据结构： 图书编号，笔记信息

### 数据存储

- 数据存储名：用户信息

  说明：存放注册用户的相关信息，邮箱需要唯一

  编号：D1

  组成：用户编号，用户名，用户邮箱，用户密码，用户空间占用，用户配额，注册日期

  数据量：不多于10条

  存取频度：每天100次
  
  存取方式：随机检索为主
  
- 数据存储名：图书信息

  说明：电子书的出版相关的信息，ISBN唯一，不包括实际的电子书文档信息

  编号：D2

  组成：编号，ISBN，出版社，类型，作者，日期，语言

  数据量：500条左右

  存取频度：每天200次

  存取方式：随机检索和更新

- 数据存储名：存储信息

  说明：电子书文档的相关数据，和图书信息密切相关

  编号：D3

  组成：副本编号，资源URL，大小，日期

  数据量：800条左右

  存取频度：每天300次

  存取方式：随机检索为主

- 数据存储名：笔记信息

  说明：读者对图书发表的笔记和注解

  编号：D4

  组成：编号，日期，内容

  数据量：1600条左右

  存取频度：每天300次

  存取方式：随机检索和插入

- 数据存储名：存取记录

  说明：记录电子书文档的上传、下载和删除，方便统计和故障查询

  编号：D5

  组成：图书副本编号，用户编号，操作类型，日期

  数据量：2000条左右

  存取频度：每天300次

  存取方式：主要是按照时间顺序插入，有时会有全表统计查询

- 数据存储名：类型信息

  说明：记录图书的类型，方便统计和查询

  编号：D6

  组成：类型编号，类型名称

  数据量：200条左右

  存取频度：每天100次

  存取方式：随机CRUD

- 数据存储名：作者信息

  说明：记录图书的作者，方便统计和查询

  编号：D7

  组成：作者编号，作者姓名

  数据量：200条左右

  存取频度：每天100次

  存取方式：随机CRUD

## 概念结构设计

### 实体分析

实体：管理员、用户、图书、文件、笔记、类型、作者

语义描述：

1. 一个系统里面有多个相互独立的用户，用户拥有多个图书，图书可以对应多个版本的文件，图书可以有多个笔记。一个文件只能对应一本图书。
2. 系统只有一个管理员，管理员不是用户，只有操作用户账户的权限，不具有对其他信息进行操作的权限。
3. 一个用户只能管理自己所拥有的图书、文件和笔记
4. 用户有存储空间配额的限制，上传的文件不能超过配额。
5. 一本图书可以被分到多个类别里面，一个类里面有多本书；一本书可以有多个作者，一个作者可以写多本书

### E-R图

占位符

## 逻辑结构设计

### 转换关系

实体转换：
- 管理员：admin(密码)
  - 系统中只有一个管理员，密码只能通过直接操作数据库修改，这仅作为一个存储项，也不需要主键之类的东西。
- 用户：user(<u>用户ID</u>, 用户名, 用户邮箱, 用户密码, 用户配额, 注册日期)

- 图书：book(<u>图书ID</u>，ISBN，出版社，日期，语言，标题)

- 文件：document(<u>文件ID</u>，资源URL，大小，日期，类型，副本名)

- 笔记：note(<u>笔记ID</u>，日期，内容，标题)

- 类型：type(<u>类型ID</u>, 类型名称)

- 作者：author(<u>作者ID</u>, 作者姓名)

联系转换：

- 管理：管理不直接通过数据表体现，因此不需要添加任何的关系。
- 拥有：一对多关系，因此在图书里面添加外键用户ID，修改图书关系为book(<u>图书ID</u>，用户ID(**FK ref user**)，ISBN，出版社，日期，语言， 标题)
- 存取：一对多关系，但是由于该联系有自己的属性，所有单独新建一个关系 record(<u>记录ID</u>，时间，操作类型，用户ID，文件URL)。由于这里可能涉及到删除操作，因此使用外键，仅保留存取记录。
- 对应：一对多关系，直接在文件里面添加外键图书ID，修改文件关系为document(<u>文件ID</u>，图书ID(**FK ref book**)，资源URL，大小，日期)
- 图书-笔记：一对多关系，直接在笔记关系中增加外键，修改关系为note(<u>笔记ID</u>，图书ID(**FK ref book**)，日期，内容)
- 图书-作者：多对多关系，单独建立一个关系book_author(<u>图书ID(**FK ref book**)，作者ID(**FK ref author**)</u>)
- 图书-类型：多对多关系，单独建立一个关系book_type(<u>图书ID(**FK ref book**)，类型ID(**FK ref type**)</u>)

### 关系模式优化

#### 函数依赖集和范式

book_author、book_type两个为全码，无非主属性，必然满足BCNF

其余关系的函数依赖集如下：

- type：`{类型ID->类型名称}`
- author：`{作者ID->作者姓名}`
- user：`{用户ID->用户名, 用户ID->用户邮箱, 用户ID->用户密码, 用户ID->用户配额, 用户ID->注册日期}`
- book：`{图书ID->用户ID, 图书ID->ISBN, 图书ID->出版社, 图书ID->日期, 图书ID->语言, 图书ID->标题}`
- document：`{文件ID->图书ID, 文件ID->资源URL, 文件ID->大小, 文件ID->日期}`
- note：`{笔记ID->图书ID, 笔记ID->日期, 笔记ID->内容, 笔记ID->标题}`
- record：`{记录ID->用户ID, 记录ID->操作类型, 记录ID->时间, 记录ID->文件URL}`

可以看出，他们均为非主属性对码的完全函数依赖，满足BCNF。

#### 其他优化

冗余设计：

- 因为用户可能会经常需要看自己发布的笔记，虽然可以通过先查book表再查note，但是这样会降低查询效率，因此在note关系中添加用户ID。对于document也需要做同样的冗余属性列的添加，以提高某些情况下的查询效率。
- 建立一个用户的统计数据表，里面存放了用户占用的存储空间、创建的图书数量、种类等信息，可以减少查询时的数据库压力。

简化属性：

- 由于时间戳是唯一的，因此在record这种不需要更新的表中，可以用时间戳来代替ID作为主键。

安全性设计：

- 数据加密：用户的密码通过加盐md5的方式存储在数据库中
- SQL注入预防，交给框架来完成

完整性约束：

- 实体完整性：各个关系的主键
- 参照完整性：。。。表中的外键
- 自定义完整性：用户占用的存储空间不能超过配额，也就是用户的文件关系中，文件大小属性之和不能大于用户的配额。

触发器：

- 对于book表、document表、author表和type表，在更改时自动更新统计信息表

## 物理结构设计

### 存储结构

- 存放位置为本地
- 存储结构为单机关系型数据库

### 数据存取

- 对于type、author、user这三个表而言，一般只需要通过ID查询，因此无需建立额外的索引优化，直接用主键索引即可。book_author、book_type这两个全码表更是如此。
- 对于book、document、note、record有对于非主属性的联合和范围查询的需求，主要是对日期的范围查询，对于类型、作者等属性的联合查询。其中，对于范围较小的属性，如图书的语言、出版社、类型等属性，可以不建立索引。对于标题、日期等范围较大的索引，根据启发式规则建立相应的索引。

## 最终的表设计