一、项目背景与需求分析
随着网络技术的不断发展和学校规模的扩大，学生自习管理系统的需求日益增加。传统的自习管理方式存在效率低下、资源浪费等问题，因此，开发一个智能化的学生自习管理系统显得尤为重要。该系统旨在提高自习室的利用率和管理效率，为学生提供方便快捷的自习预约服务，同时为管理员提供高效的资源管理工具。
系统的主要功能需求包括：
1.用户管理：管理员和学生的注册、登录。
2.自习室管理：自习室类型、座位信息的录入和查询。
3.座位预约：学生预约自习室座位、查看预约状态和历史记录。
4.管理员操作：管理员查看预约情况、管理资源分配。
二、技术选型与架构设计
1.技术选型：
前端：HTML、CSS、JavaScript，用于创建用户界面。
后端：Java（JDK 1.8），Servlet，JSP，JDBC，用于处理业务逻辑和数据库交互。
数据库：MySQL，用于存储用户信息和自习室资源数据。
服务器：Apache Tomcat，用于部署和运行 Web 应用。
开发工具：IntelliJ IDEA 或 Eclipse，用于编写和调试代码。
2.架构设计：
三层架构：
三、数据库设计
1.用户表（users）：存储用户信息。
CREATE TABLE users ( id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, username VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE, password VARCHAR(50) NOT NULL, role VARCHAR(10) NOT NULL CHECK (role IN ('student', 'admin')));
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2.自习室表（study_rooms）：存储自习室信息。
CREATE TABLE study_rooms ( id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, room_name VARCHAR(50) NOT NULL, capacity INT NOT NULL);
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3.座位表（seats）：存储座位信息。
CREATE TABLE seats ( id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, room_id INT NOT NULL, status VARCHAR(10) NOT NULL CHECK (status IN ('available', 'booked')), FOREIGN KEY (room_id) REFERENCES study_rooms(id));
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4.预约表（reservations）：存储预约信息。
CREATE TABLE reservations ( id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, user_id INT NOT NULL, seat_id INT NOT NULL, start_time DATETIME NOT NULL, end_time DATETIME NOT NULL, FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id), FOREIGN KEY (seat_id) REFERENCES seats(id));
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四、后端实现
1.数据库连接工具类（DBUtil.java）：
import java.sql.Connection;import java.sql.DriverManager;import java.sql.SQLException; public class DBUtil { private static final String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/study_management"; private static final String DB_USER = "root"; private static final String DB_PASSWORD = "your_password"; private static Connection connection = null; static { try { Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver"); connection = DriverManager.getConnection(DB_URL, DB_USER, DB_PASSWORD); } catch (ClassNotFoundException | SQLException e) { e.printStackTrace(); } } public static Connection getConnection() { return connection; } // 其他数据库操作方法（增删改查）}
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2.数据访问层（DAO）：
import java.sql.*;import java.util.ArrayList;import java.util.List; public class UserDao { public boolean registerUser(String username, String password, String role) { String sql = "INSERT INTO users (username, password, role) VALUES (?, ?, ?)"; try (PreparedStatement pst = DBUtil.getConnection().prepareStatement(sql)) { pst.setString(1, username); pst.setString(2, password); pst.setString(3, role); return pst.executeUpdate() > 0; } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); return false; } } // 其他方法（登录、查询用户等）}
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3.业务逻辑层（Service）：
public class UserService { public boolean register(String username, String password, String role) { return UserDao.registerUser(username, password, role); } // 其他方法（登录验证、查询用户信息等）}
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4. Servlet：
import javax.servlet.*;import javax.servlet.http.*;import java.io.IOException; public class RegisterServlet extends HttpServlet { protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { String username = request.getParameter("username"); String password = request.getParameter("password"); String role = request.getParameter("role"); boolean isRegistered = UserService.register(username, password, role); if (isRegistered) { response.sendRedirect("login.jsp"); } else { request.setAttribute("error", "Registration failed!"); request.getRequestDispatcher("register.jsp").forward(request, response); } } // 其他方法（登录Servlet、预约Servlet等）}
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5. JDBC 工具类
import java.sql.Connection;import java.sql.DriverManager;import java.sql.SQLException; public class JDBCUtils { private static final String URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/StudyManagementSystem?useSSL=false&serverTimezone=UTC"; private static final String USER = "root"; private static final String PASSWORD = "your_password"; // 请替换为您的数据库密码 public static Connection getConnection() throws SQLException { return DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD); }}
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6. Servlet 示例：添加学生
import javax.servlet.ServletException;import javax.servlet.annotation.WebServlet;import javax.servlet.http.HttpServlet;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;import javax.servlet.http.HttpServletResponse;import java.io.IOException;import java.sql.Connection;import java.sql.PreparedStatement;import java.sql.SQLException; @WebServlet("/addStudent")public class AddStudentServlet extends HttpServlet { @Override protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { String name = request.getParameter("name"); String major = request.getParameter("major"); int grade = Integer.parseInt(request.getParameter("grade")); String phone = request.getParameter("phone"); String sql = "INSERT INTO Student (name, major, grade, phone) VALUES (?, ?, ?, ?)"; try (Connection conn = JDBCUtils.getConnection(); PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql)) { pstmt.setString(1, name); pstmt.setString(2, major); pstmt.setInt(3, grade); pstmt.setString(4, phone); pstmt.executeUpdate(); response.sendRedirect("students.jsp"); // 重定向到学生列表页面 } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); request.setAttribute("error", "添加学生失败，请稍后再试！"); request.getRequestDispatcher("addStudent.jsp").forward(request, response); } }}
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7. JSP 页面示例：添加学生页面
<!-- addStudent.jsp --><!DOCTYPE html><html><head> <title>添加学生</title></head><body> <h2>添加学生</h2> <form action="addStudent" method="post"> 姓名: <input type="text" name="name" required><br> 专业: <input type="text" name="major" required><br> 年级: <input type="number" name="grade" required><br> 电话: <input type="text" name="phone" required><br> <input type="submit" value="提交"> </form> <c:if test="${not empty error}"> <p style="color:red;">${error}</p> </c:if></body></html>
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注意：为了使用 JSP 标签库（如<c:if>），您需要在 JSP 页面顶部添加以下指令：
jsp复制代码
<%@ taglib uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" prefix="c" %>
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并且，您需要在项目的WEB-INF/lib目录下添加 JSTL 库（如jstl-1.2.jar）。
五、前端实现
1.注册页面（register.jsp）：
<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %><html><head> <title>Register</title></head><body> <h1>Register</h1> <form action="RegisterServlet" method="post"> Username: <input type="text" name="username" required><br> Password: <input type="password" name="password" required><br> Role: <select name="role"> <option value="student">Student</option> <option value="admin">Admin</option> </select><br> <button type="submit">Register</button> </form> <c:if test="${not empty error}"> <p style="color:red">${error}</p> </c:if></body></html>
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2.登录页面（login.jsp）
登录页面（login.jsp）** 和 其他页面（如自习室管理页面、座位预约页面等）类似，通过表单提交数据到相应的 Servlet 进行处理。
（1）项目结构
假设项目结构如下：
MyWebApp/│├── src/│ ├── main/│ │ ├── java/│ │ │ └── com/│ │ │ └── example/│ │ │ ├── controller/│ │ │ │ ├── LoginServlet.java│ │ │ │ ├── StudyRoomServlet.java│ │ │ │ └── SeatReservationServlet.java│ │ │ └── model/│ │ │ └── User.java│ │ └── webapp/│ │ ├── WEB-INF/│ │ │ ├── web.xml│ │ └── │ │ ├── login.jsp│ │ ├── studyRoom.jsp│ │ └── seatReservation.jsp
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（2） User 模型类
首先，定义一个简单的User类来表示用户信息。
// src/main/java/com/example/model/User.javapackage com.example.model; public class User { private String username; private String password; // Getters and Setters public String getUsername() { return username; } public void setUsername(String username) { this.username = username; } public String getPassword() { return password; } public void setPassword(String password) { this.password = password; }}
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（3）登录页面 (login.jsp)
创建一个简单的登录页面。
<!-- src/main/webapp/login.jsp --><!DOCTYPE html><html><head> <title>Login</title></head><body> <h2>Login</h2> <form action="login" method="post"> <label for="username">Username:</label> <input type="text" id="username" name="username" required><br><br> <label for="password">Password:</label> <input type="password" id="password" name="password" required><br><br> <input type="submit" value="Login"> </form> <p>Or go to <a href="studyRoom.jsp">Study Room Management</a> or <a href="seatReservation.jsp">Seat Reservation</a> (without login).</p></body></html>
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（4）登录处理 Servlet (LoginServlet.java)
处理登录表单提交的 Servlet。
// src/main/java/com/example/controller/LoginServlet.javapackage com.example.controller; import com.example.model.User; import javax.servlet.ServletException;import javax.servlet.annotation.WebServlet;import javax.servlet.http.HttpServlet;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;import javax.servlet.http.HttpServletResponse;import java.io.IOException; @WebServlet("/login")public class LoginServlet extends HttpServlet { @Override protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { String username = request.getParameter("username"); String password = request.getParameter("password"); // Simple hard-coded authentication for demo purposes if ("admin".equals(username) && "password123".equals(password)) { User user = new User(); user.setUsername(username); user.setPassword(password); request.getSession().setAttribute("user", user); response.sendRedirect("studyRoom.jsp"); } else { response.sendRedirect("login.jsp?error=true"); } }}
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（5）自习室管理页面 (studyRoom.jsp)
显示自习室管理页面（假设用户已登录）。
<!-- src/main/webapp/studyRoom.jsp --><!DOCTYPE html><html><head> <title>Study Room Management</title></head><body> <h2>Study Room Management</h2> <% if (session.getAttribute("user") == null) { response.sendRedirect("login.jsp"); return; } %> <p>Welcome, <%= session.getAttribute("user").getUsername() %>!</p> <p>This is where you can manage study rooms.</p> <a href="logout">Logout</a></body></html>
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（6）座位预约页面 (seatReservation.jsp)
显示座位预约页面（假设用户未登录也可访问）。
<!-- src/main/webapp/seatReservation.jsp --><!DOCTYPE html><html><head> <title>Seat Reservation</title></head><body> <h2>Seat Reservation</h2> <p>You can reserve a seat here.</p> <% if (session.getAttribute("user") != null) { out.println("<p>Logged in as: " + session.getAttribute("user").getUsername() + "</p>"); } else { out.println("<p>You are not logged in. <a href='login.jsp'>Login</a> to see more options.</p>"); } %> <a href="login.jsp">Login</a></body></html>
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（7）注销处理 Servlet (LogoutServlet.java)
处理用户注销的 Servlet（未包含在代码中，但可以通过添加一个新的 Servlet 实现）。
（8）web.xml 配置文件
配置 Servlet 映射（虽然使用了注解，但也可以在这里配置）。
<!-- src/main/webapp/WEB-INF/web.xml --><web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_3_1.xsd" version="3.1"> <servlet> <servlet-name>LoginServlet</servlet-name> <servlet-class>com.example.controller.LoginServlet</servlet-class> </servlet> <servlet-mapping> <servlet-name>LoginServlet</servlet-name> <url-pattern>/login</url-pattern> </servlet-mapping> <!-- Add other servlets and mappings if needed --> </web-app>
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以上代码示例展示了如何创建一个简单的 Java Web 应用程序，包括登录页面、自习室管理页面和座位预约页面，并通过 Servlet 处理表单提交。
前端使用 JSP 页面进行展示。以下是一个简单的学生列表页面示例。
（9）学生列表页面
<!-- students.jsp --><%@ taglib uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" prefix="c" %><!DOCTYPE html><html><head> <title>学生列表</title></head><body> <h2>学生列表</h2> <table border="1"> <tr> <th>姓名</th> <th>专业</th> <th>年级</th> <th>电话</th> </tr> <c:forEach var="student" items="${students}"> <tr> <td>${student.name}</td> <td>${student.major}</td> <td>${student.grade}</td> <td>${student.phone}</td> </tr> </c:forEach> </table> <a href="addStudent.jsp">添加学生</a></body></html>
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注意：为了获取学生列表，您需要一个 Servlet 来处理这个请求，并从数据库中检索学生数据。这可以通过创建一个 Servlet，使用 JDBC 查询数据库，然后将结果集存储到请求属性中，并转发到 JSP 页面来完成。
六、系统测试
1. 单元测试：使用 JUnit 对各个 DAO 和 Service 类进行单元测试
DAO 层单元测试
假设我们有一个UserDao类，它包含一些基本的数据访问方法。
// UserDao.javaimport org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;import org.springframework.stereotype.Repository; @Repositorypublic interface UserDao extends JpaRepository<User, Long> { User findByUsername(String username);}
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单元测试类UserDaoTest：
// UserDaoTest.javaimport static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;import org.junit.jupiter.api.Test;import org.junit.jupiter.api.extension.ExtendWith;import org.mockito.InjectMocks;import org.mockito.Mock;import org.mockito.junit.jupiter.MockitoExtension; import java.util.Optional; @ExtendWith(MockitoExtension.class)public class UserDaoTest { @Mock private UserDao userDao; private User user; @BeforeEach public void setUp() { user = new User(); user.setId(1L); user.setUsername("testuser"); } @Test public void testFindByUsername() { when(userDao.findByUsername("testuser")).thenReturn(user); User foundUser = userDao.findByUsername("testuser"); assertNotNull(foundUser); assertEquals("testuser", foundUser.getUsername()); }}
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Service 层单元测试
假设我们有一个UserService类，它依赖于UserDao。
// UserService.javaimport org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.stereotype.Service; @Servicepublic class UserService { @Autowired private UserDao userDao; public User getUserByUsername(String username) { return userDao.findByUsername(username); }}
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单元测试类UserServiceTest：
// UserServiceTest.javaimport static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;import org.junit.jupiter.api.Test;import org.junit.jupiter.api.extension.ExtendWith;import org.mockito.InjectMocks;import org.mockito.Mock;import org.mockito.junit.jupiter.MockitoExtension; @ExtendWith(MockitoExtension.class)public class UserServiceTest { @Mock private UserDao userDao; @InjectMocks private UserService userService; private User user; @BeforeEach public void setUp() { user = new User(); user.setId(1L); user.setUsername("testuser"); } @Test public void testGetUserByUsername() { when(userDao.findByUsername("testuser")).thenReturn(user); User foundUser = userService.getUserByUsername("testuser"); assertNotNull(foundUser); assertEquals("testuser", foundUser.getUsername()); }}
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2. 集成测试：通过模拟用户操作，测试系统的整体功能
集成测试通常使用 Spring Boot 的测试框架来模拟 HTTP 请求。
// UserControllerTest.javaimport static org.springframework.test.web.servlet.request.MockMvcRequestBuilders.get;import static org.springframework.test.web.servlet.result.MockMvcResultMatchers.content;import static org.springframework.test.web.servlet.result.MockMvcResultMatchers.status; import org.junit.jupiter.api.Test;import org.junit.jupiter.api.extension.ExtendWith;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.boot.test.autoconfigure.web.servlet.WebMvcTest;import org.springframework.boot.test.mock.mockito.MockBean;import org.springframework.test.context.junit.jupiter.SpringExtension;import org.springframework.test.web.servlet.MockMvc; @ExtendWith(SpringExtension.class)@WebMvcTest(UserController.class)public class UserControllerTest { @Autowired private MockMvc mockMvc; @MockBean private UserService userService; @Test public void testGetUserByUsername() throws Exception { User user = new User(); user.setId(1L); user.setUsername("testuser"); when(userService.getUserByUsername("testuser")).thenReturn(user); mockMvc.perform(get("/users/testuser")) .andExpect(status().isOk()) .andExpect(content().json("{\"id\":1,\"username\":\"testuser\"}")); }}
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3. 性能测试：使用工具（如 JMeter）对系统进行性能测试
性能测试通常不是通过代码来完成的，而是使用性能测试工具如 JMeter、Gatling 等。下面是一个简单的 JMeter 测试计划配置示例：
配置 JMeter 测试计划
（1）创建测试计划：
（2）添加线程组：
（3）添加 HTTP 请求：
（4）添加监听器：
（5）运行测试：
（6）分析结果：
通过以上步骤，你可以对系统进行详细的单元测试、集成测试和性能测试，确保每个方法的功能正常、各模块之间的协作正常以及系统的性能符合预期。
七、性能优化
1. 数据库优化
数据库优化是提高系统性能的关键环节之一，涉及多个方面：
建立合适的索引：根据查询频率和查询条件，在表的适当字段上创建索引（如主键索引、唯一索引、普通索引、全文索引等）。但过多的索引也会增加写操作的负担，因此需要权衡。
优化 SQL 查询语句：避免使用 SELECT *，只选择需要的字段；利用 EXPLAIN 语句分析查询计划，确保查询使用了索引；避免在 WHERE 子句中使用函数或进行类型转换，因为这会使索引失效；对于复杂的查询，考虑使用子查询、联合查询或存储过程来优化。
数据库配置调整：根据服务器的硬件配置和业务需求，调整数据库的内存分配（如缓存大小）、并发连接数、事务处理策略等配置参数，以达到最佳性能。
分区和分表：对于数据量巨大的表，可以通过水平或垂直分区来减小单表的大小，提高查询效率；对于高并发的写操作，可以考虑使用分表策略来分散压力。
2. 代码优化
代码层面的优化同样重要，直接影响应用的执行效率和资源占用：
算法和数据结构：选择高效的算法和合适的数据结构，比如使用哈希表替代链表进行快速查找，使用堆排序处理大数据集等。
减少不必要的计算：避免重复计算，可以通过缓存中间结果或提前计算并存储的方式来减少计算量。
资源管理：及时关闭不再使用的数据库连接、文件句柄等资源，避免资源泄露。
异步处理：对于耗时操作，如文件上传、图像处理等，采用异步方式处理，避免阻塞主线程。
3. 缓存优化
缓存技术可以显著提升系统响应速度：
选择合适的缓存：根据数据特性和访问模式，选择合适的缓存解决方案，如 Redis（适用于高并发的键值存储）、Memcached（适用于简单的缓存需求）等。
缓存策略：设计合理的缓存失效策略（如 LRU、LFU）、缓存更新策略（如写穿、写回、写更新）和缓存预热机制，确保缓存的有效性和命中率。
分布式缓存：在大型系统中，使用分布式缓存来扩展缓存容量，提高系统的横向扩展能力。
八、部署与运维
1. 部署
系统部署是将开发完成的软件部署到生产环境的过程：
打包：将 Java Web 应用打包成 WAR（Web Application Archive）文件，这通常包括编译后的 Java 类文件、资源文件（如 HTML、CSS、JavaScript）、配置文件等。
部署到 Tomcat：将 WAR 文件上传到 Tomcat 服务器的 webapps 目录下，Tomcat 会自动解压并部署该应用。配置 Tomcat 的 server.xml 文件，根据需要调整应用的端口号、上下文路径等。
环境配置：确保生产环境与开发环境的一致性，包括 JDK 版本、数据库连接信息、第三方服务地址等。
安全加固：配置防火墙规则，限制不必要的端口访问；使用 HTTPS 协议保护数据传输安全；定期更新服务器和应用的安全补丁。
2. 监控
监控系统健康状态是运维工作的基础：
实时监控：利用 Prometheus 等监控工具收集服务器的 CPU、内存、磁盘、网络等性能指标，以及应用的请求量、响应时间、错误率等业务指标。
告警机制：配置告警规则，当指标异常时，通过邮件、短信、Slack 等方式通知相关人员，确保问题能够及时处理。
可视化分析：使用 Grafana 等工具将监控数据可视化展示，帮助运维人员快速定位问题根源。
3. 备份
数据备份是保障数据安全的重要措施：
定期备份：根据数据的重要性和变化频率，制定备份策略，如全量备份、增量备份、差异备份等。
异地备份：将备份数据存储在物理上远离生产环境的地点，以防本地灾难性事件导致数据丢失。
备份验证：定期恢复备份数据进行验证，确保备份数据的有效性和可恢复性。
4. 更新
系统更新是保持系统活力和满足用户需求的关键：
需求收集：通过用户反馈、市场调研等方式收集新功能需求和性能改进建议。
版本规划：根据需求的重要性和紧急程度，制定版本迭代计划，包括功能开发、测试、发布等阶段。
灰度发布：在正式全量发布前，先对部分用户进行灰度发布，收集反馈，评估效果，减少风险。
文档更新：随着系统的更新，及时更新用户手册、API 文档等技术文档，确保用户能够正确理解和使用新功能。
九、项目总结
综上所述，本次 JavaWeb 学生自习管理系统的开发是一次宝贵的实践经验，不仅提高了我们的技术水平，也让我们对软件开发有了更深入的认识和理解。以上内容仅供各位开发读者参考，未来，我们将继续优化和完善系统，为学生提供更加便捷、高效的自习管理服务。
文章转载自：TechSynapse
原文链接：https://www.cnblogs.com/TS86/p/18642543
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