基于B/S架構的競賽管理系統設計

趙美勇 楊永琪 宋思睿

摘要：利用B/S構架設計系統，省去了客戶端的設計，擴大了應用范圍，除了計算機以外的其他終端都可以訪問。使用Python進行Web開發，使用其中的Flask框架來進行輕量級的Web應用開發，數據庫方面則選的其內部的Flask-SQLAlchemy來進行管理SQLite（Unix），簡化了整個SQLAlchemy操作。使整個系統輕便高效。

關鍵詞：B/S架構；Flask框架；Python；Web開發

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）10-0086-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 系統開發平臺

1.1 開發平臺簡介

本競賽管理系統采用B/S架構，使用Python進行Web開發。渲染界面采用Jinja2模板引擎，同時使用Flask-Bootstrap集成TwitterBootstrap。

利用Flask-Login管理已登錄用戶的用戶會話，使用Werkzeug計算密碼散列值并進行核對，通過itsdangerous生成并核對加密安全令牌。

選擇使用的數據庫框架Flask-SQLAlchem管理數據庫，數據庫引擎選用SQLite。

1.2 開發語言

Python-Flask

使用Python Web開發Flask框架，Flask被設計為可拓展的框架，具有一個包含基本服務的強健核心，其他功能通過拓展實現。

1.3 開發工具

Pycharm

1.4 操作系統

Ubuntu16.04

1.5 數據庫

使用Flask-SQLAlchemy管理SQLite（Unix）

Flask-SQLAlchemy數據庫極大地簡化了之前老版本數據的操作，它在存儲、查詢方面表現出色，消耗時間少。所以利用它來管理SQLite更為方便，同時響應速度更快。

2 數據庫規劃

2.1 任務陳述

競賽實驗室剛成立，為了更加公正地評估大家平時學習情況，制定了一系列的積分制度，積分與日常的比賽、討論班、考勤等掛鉤。由于積分關聯項過多、比賽種類不一、實驗室人員增加，與之相關的信息量急劇增多。管理人員通過 Excel 手動維護信息力不從心，需要實驗室管理系統提高效率。為了提高大家學習效率，對已做題目信息、比賽數據統計變得尤為重要，如題目類型、題目來源、題目難度等。本實驗室管理系統包括人員管理、隊伍管理、比賽信息管理、積分管理、題目管理、討論班管理六大模塊，對于不同的用戶給予不同的權限。

2.2 需求分析

1） 用戶需求說明

① 數據需求：

實驗室人員信息記錄：學號、姓名、學院、聯系方式、OJ 賬號、積分；

隊伍信息記錄： 隊伍人員組成，隊伍積分、隊伍參與比賽信息；

積分信息記錄： 個人積分與隊伍積分；

比賽信息記錄： 比賽日期、比賽地點、比賽類型、各參賽隊伍成績；

題目信息記錄： 題目類型、題目難度、來源；

討論班信息記錄： 主講人，相關課件。

② 數據錄入：

實驗室人員信息錄入：學號、姓名、學院、聯系方式、 OJ 賬號、頭像、Email；

新建隊伍信息錄入：隊名、隊員組成、頭像、賬號；

比賽信息錄入：比賽日期、比賽地點、比賽類型、比賽形式、相關隊伍、相關問題；

題目信息錄入：來源、編號；

討論版錄入：主講人信息、時間、年級、信息、相關文件上傳；

初始積分錄入；

用戶之間的相互關注、用戶發表公告。

② 數據更新和刪除：

實驗室人員信息更改；

隊伍信息修改；

比賽信息修改；

題目信息修改、刪除；

個人、隊伍積分更新；

用戶之間取消關注、修改公告信息。

③ 數據查看

按照 id 或姓名或積分升序列出用戶部分信息 （姓名、 Email、最后訪問時間、分數）

根據用戶姓名展示用戶詳細信息 （頭像、發表過的公告、關注者人數）

按照 id 或姓名或積分升序列出隊伍部分信息 （隊名、成員組成、賬號、分數）

根據隊伍姓名展示隊伍詳細信息 （頭像、參加過的比賽、最高獎項）

按照 id 升序列出討論班部分信息 （時間、主講人、年級、內容）

根據關鍵字檢索討論班信息、比賽信息

對特定討論班相關文件進行下載

根據比賽名稱展示比賽詳細信息 （頭像、包括題目列表等）

展示最近時間實驗室人員參加的比賽

2） 系統需求說明

① 安全性：

數據庫必須有口令保護

數據庫中不能明文存儲密碼

用戶注冊賬號需要郵箱認證

用戶之間給予不同的權限

② 備份和恢復：

每天數據備份一份

③ 法律問題

對用戶數據的處理遵守法律

2.3 數據庫邏輯設計

實體的設置

設置User、Team、Contest、Problem、Seminar、Account、Post實體集，具體描述見圖。

2.4 表示聯系

每個隊伍至多包含三名隊員，每個隊伍和隊員對應一個賬號，通過賬號參加比賽，每個比賽包括一些問題，用戶之間可以互相關注，用戶定期會舉行討論班，發布重要公告。

2.5 實體集屬性

1） User

Email、Score、Account、Phone、Name、AboutMe分別代表實驗室人員Email、個人積分、賬號ID、電話、姓名、自我介紹，Email為認證郵箱，作為主鍵，Account為外鍵。

2） Team

ID、S1、S2、S3、Name、Score、AboutMe分別代表隊伍ID、隊員一用戶主鍵、隊員二用戶主鍵、隊員三用戶主鍵、隊伍名稱、隊伍分數、隊伍自我介紹。

3） Problem

ID、Source、Index分別代表問題ID、來源、編號，如來源為‘HDU、編號為‘1001。其中ID為主鍵。

4） Contest

其中Name代表競賽名稱；Participants代表參賽人（隊伍）數；CompetitionLevel代表競賽級別，如‘省賽，‘區域賽，‘世界總決賽等；Format代表競賽賽制，比如‘ACM-ICPC，‘OI等。Time、Place、ID分別代表競賽時間、地點、ID，其中ID為主鍵。

5） Seminar

Speakerid代表主講人ID，Time代表時間，Grade代表年級，About代表討論班內容簡介。

6） 關系類型

既包括一對一關系，又包括多對一關系，多對多關系。對于賬號參加比賽來說，我們不僅需要存儲賬號 id、比賽 id，還需要存儲參加比賽的排名、獎牌。這樣才可以更好地維護 Score 屬性，對于 SQLAlchemy，我們可以通過將多對多關系的左右兩側拆成兩個基本的一對多關系，在關聯表中記錄額外信息即可。

3 遇到的問題

3.1 權限設置

由于本系統模塊數較多，根據不同權限使用不同視圖變得極其繁瑣，因此使用位標志法，使用一個整數，表示位標志。各個操作都對應一個位位置，能執行某項操作的用戶，該位會設置成 1. 比如 ‘1010， 代表第一位和第三位對應的操作有權限進行，第二位和第四位對應的操作無權限執行

4 郵箱認證

使用 Flask?Mail發郵件的時候需要設置電子郵件服務器的端口，這個不同郵箱是不一樣的， 并且程序中使用的密碼并不是郵箱密碼，而是我們在設置 SMTP 時分配的密碼。

5 文件操作

對于隊伍和比賽，有的時候需要設置頭像，頭像的存儲可以使用 LargeBinary， 渲染時直接使用 base64：b64encode 即可，但是對于大文件 （比如討論班上傳的文件），不能存儲到數據庫中，否則會大大降低數據庫的性能，因此可以在數據庫中存儲文件路徑，等到客戶端下載時可以直接在服務端磁盤上找到。

6 優化

對于多對多關系，如果一端連接的數量是個不大的數量，可以考慮通過在一側多加一些屬性來表示。

比如此數據庫中 User 與 Team，考慮到已經解散的隊伍的存在， User 和 Team 嚴格來說是多對多關系，但一個隊伍最多三名隊員，因此直接在隊伍實體集上添加了三個屬性，分別表示三個 user 的主鍵就好。

7 數據同步

賬號和 User 是一對一的關系，如果我們將賬號名作為賬號的主鍵，在我們修改賬號名后，不僅需要維護 Account 實體集元素，也要修改 User 對應賬號主鍵。

8 結論

對于開發者來說，設計一個系統是一個龐大的項目。從各種文檔的閱讀到實際項目中需求分析、概念結構設計、邏輯系統設計、物理系統設計的一系列過程，親身體驗了開發系統的過程. 很多東西在文檔中看著挺簡單，思路也很清晰，但是在實際使用的會有意想不到的問題，這時才會發現其中的難度. 從最初對于Web界面煩瑣的埋怨，到最后驚嘆于Flask的精簡。

整個系統的設計，最重要的一個部分就是數據庫的設計。利用Flask框架對于頁面的設計不難，如何設計好最優的數據庫是整個系統的關鍵。

編碼固然不易，但是一個項目最重要的不在于如何實現，而是實現之前的需求分析和模塊設計。

參考文獻：

[1] 丁旭.基于B/S架構的軟件項目實訓：JSP[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2] 劉長龍.Python高效開發實戰：Django、Tornado、Flask、Twisted[M].北京：電子工業出版社，2016.

[3] 李輝.Flask Web開發實戰：入門、進階與原理解析[M].北京：機械工業出版社，2018.

[4] 明日科技. Java Web從入門到精通[M].2版.北京：清華大學出版社，2017.

【通聯編輯：謝媛媛】