团队作业3——需求改进&系统设计

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这个作业的目标 修改完善需求规格说明书，完成Alpha任务分配和测试计划
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一、作业概述

本次作业为团队作业3，核心围绕“系统改进”与“系统设计”两大核心模块展开。基于前期需求规格说明书和用户反馈，完成功能优化迭代，输出详细的系统架构设计、模块设计、界面设计及数据库设计，为Alpha阶段核心开发提供完整技术蓝图，确保开发工作有序推进。

二、系统改进（基于需求反馈与技术可行性分析）

1. 需求反馈收集与分析

通过对3名目标用户（实验室研究人员、办公室职员、学生小组组长）的深度访谈，结合技术实现难度评估，整理核心反馈及改进方向如下：

  • 已采纳反馈：增加文件断点续传功能（解决大文件传输中断需重传问题）、优化图片预览交互（支持缩放查看）、添加聊天记录搜索功能（快速定位关键信息）
  • 待后续迭代反馈：增加群聊分组功能（当前优先级低于核心功能，规划Beta阶段实现）、支持自定义界面主题（技术复杂度较高，暂不纳入Alpha阶段）
  • 未采纳反馈：添加云端存储功能（违背局域网无外网依赖核心定位）、支持跨平台客户端（聚焦Windows核心用户，暂不扩展Linux/Mac端）

2. 功能改进明细（分优先级）

2.1 核心改进功能（P0-随Alpha阶段实现）

  • 文件断点续传：基于RandomAccessFile类实现，记录已传输字节位置，网络中断后可从断点继续传输，支持暂停/恢复操作
  • 图片预览优化：聊天区域缩略图点击后弹出独立预览窗口，支持鼠标滚轮缩放、快捷键关闭（ESC）、原图保存功能
  • 聊天记录本地搜索：支持按关键词模糊查询文本消息，高亮显示匹配结果，支持按时间范围筛选（今日/昨日/近7天）

2.2 体验优化功能（P1-核心功能稳定后补充）

  • 消息气泡样式优化：区分发送方/接收方气泡颜色（发送方蓝色、接收方灰色），增加消息发送状态标识（已发送/已送达）
  • 音频播放优化：语音消息支持进度拖拽播放，增加播放速度调节（0.8x/1.0x/1.2x）
  • 连接状态智能提示：网络波动时显示“连接不稳定”预警，重连成功后自动同步未接收消息

3. 技术方案调整

  • 网络通信：原计划使用原生TCP Socket，优化为基于Java NIO的非阻塞通信模型，提升并发连接处理能力，支持更多用户同时在线
  • 数据传输：消息格式统一采用JSON格式封装，新增MsgType字段区分文本、文件、语音、图片等消息类型，便于服务端快速解析转发
  • 文件存储：接收文件默认保存路径优化为“用户文档/ChatApp/接收文件”，按“日期+发送方”自动分类文件夹，便于查找管理

三、系统总体设计

1. 架构设计（分层架构+CS架构结合）

采用“表现层-业务逻辑层-数据访问层-网络通信层”的四层架构设计，各层职责清晰、解耦性强，便于分工开发和后期维护：

  • 表现层（客户端）：基于Java Swing实现，包含登录界面、主聊天界面、文件传输界面等所有用户交互组件，负责用户操作接收与结果展示
  • 业务逻辑层（客户端+服务端）：客户端负责本地消息处理、界面状态管理；服务端负责用户连接管理、消息转发、权限校验、文件传输调度
  • 数据访问层（客户端+服务端）：客户端负责本地聊天记录、用户配置、接收文件的存储；服务端负责在线用户状态、离线消息的临时存储
  • 网络通信层（客户端+服务端）：基于TCP协议封装通信工具类，负责数据序列化/反序列化、连接建立/断开、异常处理与自动重连

2. 系统架构图

┌───────────────────────── 客户端 ──────────────────────────┐
│  表现层：Swing界面组件（登录页、聊天窗口、预览窗口等）    │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  业务逻辑层：消息处理、界面状态管理、本地功能调度        │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  数据访问层：本地数据库操作、文件I/O、配置存储          │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  网络通信层：TCP连接管理、数据序列化、自动重连          │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────┘
                            │ 局域网TCP通信
┌───────────────────────────▼─────────────────────────────┐
│  网络通信层：客户端连接监听、数据转发、通信异常处理      │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  数据访问层：在线用户状态存储、离线消息缓存、文件传输记录│
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  业务逻辑层：用户管理、消息路由、权限校验、传输调度      │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  表现层：服务端控制台（状态监控、日志输出）             │
└───────────────────────── 服务端 ──────────────────────────┘

3. 核心技术栈确认

  • 开发语言：Java 8（兼顾兼容性与功能完整性）
  • 客户端GUI：Java Swing + AWT（界面组件）、ImageIO（图片处理）
  • 网络通信：Java Socket + NIO（非阻塞通信）、JSON（消息序列化）
  • 数据存储：SQLite（本地聊天记录）、文件系统（接收文件/音频/图片）
  • 多媒体处理：Java Sound API（音频录制/播放）、RandomAccessFile（文件断点续传）
  • 辅助工具：Axure RP（原型设计）、DrawIO（架构图绘制）、JUnit（单元测试）

四、详细模块设计

1. 模块划分（按功能维度）

系统分为6大核心模块，模块间通过接口交互，降低耦合度：

  • 用户管理模块（服务端+客户端）
  • 消息处理模块（服务端+客户端）
  • 文件传输模块（服务端+客户端）
  • 多媒体处理模块（客户端）
  • 本地存储模块（客户端）
  • 界面交互模块（客户端）

2. 核心模块详细设计

2.1 用户管理模块

  • 核心职责：用户登录验证、在线状态管理、用户列表维护
  • 核心功能：
    1. 客户端：用户名输入校验（3-20位字母/数字/下划线）、服务器连接配置（IP+端口输入）、登录状态保存
    2. 服务端：用户连接建立/断开监听、在线用户列表维护与广播、离线状态检测（心跳包机制，30秒无响应判定离线）
  • 关键接口：
    • UserService.login(String username, String serverIp, int port)：客户端登录方法
    • UserManager.addOnlineUser(String username, Socket socket)：服务端添加在线用户
    • UserManager.broadcastUserStatus(String username, int status)：广播用户状态变更（在线/离线）

2.2 消息处理模块

  • 核心职责：消息收发、消息类型解析、聊天记录管理
  • 消息类型定义：
    • 文本消息（TYPE_TEXT）、图片消息（TYPE_IMAGE）、语音消息（TYPE_VOICE）、文件消息（TYPE_FILE）、状态通知（TYPE_NOTIFY）
  • 核心功能：
    1. 客户端：消息编辑与发送、消息接收与解析、聊天记录本地缓存与搜索
    2. 服务端：消息转发（一对一/群播）、离线消息缓存、消息格式校验
  • 关键接口：
    • MessageService.sendMsg(Message msg)：客户端发送消息
    • MessageDispatcher.dispatch(Message msg)：服务端消息分发
    • ChatRecordService.searchMsg(String keyword, Date startDate, Date endDate)：聊天记录搜索

2.3 文件传输模块

  • 核心职责：文件上传/下载、断点续传、传输进度监控
  • 核心功能：
    1. 客户端：文件选择与发送、传输进度显示（百分比+进度条）、暂停/恢复/取消传输、断点续传支持
    2. 服务端：文件传输请求转发、传输状态记录、传输权限校验
  • 关键技术：
    • 采用分片传输策略，单文件分块大小为1MB，降低单次传输压力
    • 通过RandomAccessFile.seek()方法定位传输起始位置，实现断点续传
  • 关键接口：
    • FileTransferService.sendFile(String filePath, String targetUser)：发送文件
    • FileTransferService.resumeTransfer(String fileId, long startByte)：断点续传
    • FileTransferListener.onProgressUpdate(int progress)：传输进度回调

3. 模块交互流程

3.1 文本消息发送流程

  1. 客户端：用户输入文本 → 调用MessageService.sendMsg()封装消息对象（含发送方、接收方、内容、时间戳、消息类型）
  2. 客户端：网络通信层将消息序列化为JSON格式 → 通过TCP Socket发送至服务端
  3. 服务端：网络通信层接收数据 → 反序列化为消息对象 → 调用MessageDispatcher.dispatch()解析接收方
  4. 服务端：若接收方在线，直接转发消息；若离线，缓存至离线消息队列
  5. 接收端客户端：接收消息 → 反序列化 → 更新界面聊天区域 → 缓存至本地数据库

3.2 文件传输流程（含断点续传）

  1. 发送方客户端：选择文件 → 调用FileTransferService.sendFile() → 发送文件元信息（文件名、大小、文件ID）至服务端
  2. 服务端：转发文件元信息至接收方客户端 → 接收方返回“接收就绪”响应
  3. 发送方：按1MB分片传输文件数据 → 服务端转发 → 接收方写入本地文件（RandomAccessFile）
  4. 传输中断时：发送方记录已传输字节数与文件ID → 重连后调用resumeTransfer() → 从断点位置继续传输
  5. 传输完成：发送方发送“传输完成”标识 → 接收方校验文件完整性 → 提示用户文件接收完成

五、界面设计（基于Axure低保真原型优化）

1. 界面设计原则

遵循“简洁直观、操作便捷”原则，贴合目标用户操作习惯，核心设计要点：

  • 功能分区明确：左侧在线用户列表、中间聊天区域、右侧功能面板（文件/图片/语音快捷发送）
  • 交互逻辑统一：按钮hover效果、消息发送/接收反馈、弹窗关闭逻辑保持一致
  • 视觉层次清晰：使用字体大小、颜色区分标题、内容、提示信息，关键按钮突出显示

2. 核心界面设计

2.1 登录界面

  • 核心元素：服务器IP输入框（默认记录上次连接IP）、端口输入框（默认8888）、用户名输入框、登录按钮、退出按钮
  • 交互优化：输入框校验（IP格式、端口范围1-65535、用户名非空）、登录加载状态提示、连接失败错误提示（如“服务器未启动”“网络不可达”）

2.2 主聊天界面

  • 左侧在线用户列表：显示用户头像（默认灰色头像，支持自定义）、用户名、在线状态（绿色圆点标识在线），点击用户切换聊天对象
  • 中间聊天区域：
    • 顶部：显示当前聊天对象昵称、在线状态、设置按钮（聊天记录清空/置顶）
    • 中间：消息气泡展示区（区分发送方/接收方）、图片缩略图、语音消息播放按钮
    • 底部：文本输入框（支持回车发送）、功能按钮栏（表情、图片、文件、语音录制）、发送按钮
  • 右侧功能面板：默认隐藏，点击展开，显示最近传输文件、常用图片、语音录制快捷入口

2.3 关键功能界面

  • 图片预览窗口：居中显示原图，支持滚轮缩放（100%-200%）、右键保存、ESC快捷键关闭
  • 文件传输界面：独立弹窗，显示文件名称、传输进度条、百分比、剩余时间，支持暂停/取消按钮
  • 聊天记录搜索界面：顶部搜索框（关键词输入+时间筛选）、中间搜索结果列表（高亮匹配关键词）、底部清空按钮

3. 界面原型截图

登录界面原型（实际替换为Axure原型截图）
主聊天界面原型（实际替换为Axure原型截图）
文件传输界面原型（实际替换为Axure原型截图）

六、数据存储设计

1. 存储方案选择

  • 客户端本地存储：采用SQLite轻量级数据库，存储聊天记录、用户配置、文件传输记录，无需额外安装数据库服务，适配Windows环境
  • 服务端存储：采用内存+文件结合方式，在线用户状态、临时连接信息存储在内存（HashMap），离线消息、用户登录记录存储在本地文件（JSON格式），避免数据库依赖，简化部署

2. 客户端数据库设计（SQLite）

2.1 聊天记录表（chat_records）

字段名 字段类型 约束 说明
id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT 记录唯一标识
sender TEXT NOT NULL 发送方用户名
receiver TEXT NOT NULL 接收方用户名
msg_type INTEGER NOT NULL 消息类型（1-文本、2-图片、3-语音、4-文件）
content TEXT NOT NULL 消息内容（文本消息为内容，文件/图片/语音为本地路径）
send_time DATETIME NOT NULL 发送时间戳
is_read INTEGER DEFAULT 0 是否已读（0-未读、1-已读）

2.2 用户配置表（user_config）

字段名 字段类型 约束 说明
id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT 配置ID
username TEXT NOT NULL UNIQUE 用户名
last_server_ip TEXT NOT NULL 上次连接服务器IP
last_server_port INTEGER NOT NULL 上次连接服务器端口
save_path TEXT NOT NULL 文件默认保存路径
is_auto_login INTEGER DEFAULT 0 是否自动登录（0-否、1-是）

2.3 文件传输记录表（file_transfer_records）

字段名 字段类型 约束 说明
file_id TEXT PRIMARY KEY 文件唯一标识（UUID生成）
file_name TEXT NOT NULL 文件名
file_path TEXT NOT NULL 文件本地路径
sender TEXT NOT NULL 发送方用户名
receiver TEXT NOT NULL 接收方用户名
file_size LONG NOT NULL 文件大小（字节）
transfer_status INTEGER NOT NULL 传输状态（0-未完成、1-已完成、2-已取消）
last_transfer_byte LONG DEFAULT 0 上次传输字节位置（用于断点续传）
create_time DATETIME NOT NULL 传输创建时间

3. 服务端存储设计（文件存储）

3.1 离线消息文件（offline_messages.json）

采用JSON数组格式存储，每条消息包含字段：sender、receiver、msg_type、content、send_time，示例如下：

[
  {
    "sender": "user1",
    "receiver": "user2",
    "msg_type": 1,
    "content": "这是一条离线消息",
    "send_time": "2024-10-20 15:30:22"
  }
]

3.2 用户登录记录文件（login_records.json）

存储用户登录历史，包含字段：username、login_time、login_ip，用于日志追溯和异常监控。

七、团队分工与完成情况

1. 分工明细

姓名 核心职责 本次作业具体任务 任务权重
努尔艾力·司马义 系统架构设计、服务端模块设计、技术方案选型 1. 制定总体架构设计（四层架构）
2. 完成服务端核心模块设计（用户管理、消息分发）
3. 设计文件传输模块技术方案（断点续传）
4. 编写服务端存储方案（内存+文件）		 50%
刘浩辉 界面设计、客户端模块设计、数据库设计、系统改进 1. 收集用户反馈并整理改进需求
2. 完成Axure原型优化（核心界面）
3. 设计客户端核心模块（界面交互、本地存储）
4. 编写SQLite数据库设计（表结构+字段约束）
5. 整理模块交互流程		 50%

2. 完成情况

  • 努尔艾力·司马义：已完成系统总体架构图、服务端模块设计文档、文件传输技术方案文档，所有任务100%完成，技术方案已同步至Git仓库
  • 刘浩辉：已完成用户反馈报告、Axure优化原型（4个核心界面）、客户端模块设计文档、数据库表结构设计，所有任务100%完成，原型文件已上传至仓库共享目录

八、开发风险与应对方案

1. 核心风险识别

  • 风险1：文件断点续传功能兼容性问题（不同Windows版本文件权限差异）
  • 风险2：高并发场景下消息转发延迟（多用户同时发送消息导致队列阻塞）
  • 风险3：Swing界面响应卡顿（文件传输与界面更新共用主线程）

2. 应对方案

  • 风险1：针对Windows 10/11进行兼容性测试，采用文件权限检测机制，异常时提示用户手动授权，同时提供备选存储路径
  • 风险2：服务端采用消息队列（LinkedBlockingQueue）缓冲消息，使用多线程池（FixedThreadPool）处理转发任务，避免单线程瓶颈
  • 风险3：客户端采用多线程设计，文件传输、网络通信单独开启子线程，通过SwingUtilities.invokeLater()更新界面，避免主线程阻塞

九、个人感想

1. 努尔艾力·司马义

本次系统设计让我深刻体会到“架构先行”的重要性。在设计四层架构时，需要充分考虑模块间的解耦与交互效率，既要保证技术可行性，又要为后续扩展预留空间。文件断点续传方案的选型过程中，对比了多种技术实现方式，最终选择基于RandomAccessFile的方案，既满足需求又控制了开发复杂度。后续开发中，我会重点关注服务端并发处理和消息转发效率，确保系统在高并发场景下的稳定性，同时严格按照设计文档推进开发，避免需求蔓延。

2. 刘浩辉

界面设计和数据库设计的过程，让我学会了从“用户体验”和“数据逻辑”双重角度思考问题。在优化Axure原型时，反复模拟用户操作流程，调整按钮位置和交互逻辑，只为让操作更直观。数据库表结构设计则需要兼顾查询效率和数据完整性，比如聊天记录表的索引设计、字段类型选择，都需要结合实际查询场景考量。通过本次作业，我对客户端开发的整体流程有了更清晰的认识，后续将专注于Swing界面实现和本地存储操作，确保界面美观、数据存储可靠，同时积极配合服务端进行联调测试。

十、总结

本次作业完成了系统改进需求梳理和完整的系统设计，明确了架构、模块、界面、存储等核心环节的技术方案，为Alpha阶段敏捷冲刺奠定了坚实基础。团队通过高效协作，实现了职责互补、任务同步推进，确保了设计文档的完整性和可行性。接下来，将进入核心开发阶段，严格按照设计方案和项目计划推进，聚焦核心功能实现，同时关注开发过程中的风险与问题，及时调整优化，确保Alpha版本按时高质量交付。

posted @ 2026-01-08 15:21  allli  阅读(1)  评论(0)    收藏  举报