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# 实验室预约与资源管理平台 - 需求分析与设计说明
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## 1. 需求分析
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### 1.1 用户角色与需求
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| 角色 | 核心诉求 | 主要用例 |
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| 管理员 ADMIN | 保证资源台账准确、预约秩序可控 | 实验室/设备/课程的增删改查；资源状态流转（报修、启用）；用户账号管理；审批任何预约；查看全局日历与统计 |
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| 教师 TEACHER | 排课与科研实验，不想被冲突打乱 | 创建/维护自己的实验课程；按课程一键生成整期预约；审批学生预约；发起多次预约（如每周教研） |
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| 学生 STUDENT | 快速找到可用资源并预约 | 查询实验室/设备可用性；发起单次/多次预约；查看与取消自己的预约；签到与完成 |
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### 1.2 预约场景定义
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| 场景 | 输入 | 系统行为 | 对应类型 |
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| 单次预约 | 实验室（可选设备）、一个开始/结束时间 | 校验冲突后生成 1 条预约；学生进入待审批，教师/管理员直接通过 | `SINGLE` |
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| 多次预约 | 日期区间 + 星期集合 + 每日时段 | 按周展开为多个场次，写入 1 条系列 + N 条预约；任一场次冲突则整批拒绝 | `RECURRING` |
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| 课程绑定预约 | 课程 ID（可指定设备） | 按课程排课规则展开整期场次，绑定课程 ID；仅授课教师或管理员可发起 | `COURSE` |
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**关键业务规则**
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1. 冲突判定必须覆盖：同实验室、同设备、同申请人三个维度。
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2. 学生预约需要审批；教师/管理员预约自动通过（仍要过冲突校验）。
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3. 被驳回/取消/完成的预约不再占用资源。
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4. 资源处于「维护中」不可预约；人数不得超过实验室容量。
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5. 单次预约 ≤ 8 小时、最多提前 60 天、不得预约过去时间，且需落在实验室开放时间内。
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6. 不允许跨天预约（结束时间为次日 00:00 除外）。
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## 2. 领域模型
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```
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┌────────┐ 1 n ┌────────┐ 1 n ┌────────┐
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│ Lab │─────────│ Device │ │ Course │
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└───┬────┘ └────┬───┘ └───┬────┘
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│ 1 │ n │ 1
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│ │ │
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│ n ┌───────┴─────────────────┘
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┌───┴───────────┴───┐
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│ Reservation │ n ────── 1 ┌──────────────────┐
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│ (场次/时间区间) │ │ ReservationSeries │
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└───┬───────────────┘ └──────────────────┘
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│ n
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│ 1
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┌───┴────┐
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│ User │
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└────────┘
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```
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**设计要点**
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- 「多次预约/课程预约」采用 **系列（Series）+ 场次（Reservation）** 两层结构：
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每次实际占用都是一条独立 `reservation` 行，冲突检测、审批、状态流转
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都只需处理统一的时间区间模型，避免规则分叉。
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- 时间区间统一使用 **左闭右开** `[startTime, endTime)`。
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- `reservation.version` 为乐观锁字段，防止并发审批互相覆盖。
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### 2.1 数据表
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| 表 | 关键字段 | 说明 |
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| `sys_user` | username(UK), password(BCrypt), role, enabled | 三类角色 |
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| `lab` | code(UK), capacity, status, open_time, close_time | 开放时间参与冲突校验 |
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| `device` | code(UK), lab_id, status | 设备必须归属实验室 |
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| `course` | code(UK), teacher_id, lab_id, student_count, start/end_date, weekdays, start/end_time | 自带排课规则 |
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| `reservation_series` | user_id, lab_id, device_id, type, weekdays, 起止日期/时间 | 重复规则原始记录 |
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| `reservation` | lab_id, device_id, course_id, user_id, start/end_time, status, version | 冲突检测主体，建立 `(lab_id, start_time, end_time)` 等索引 |
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## 3. 状态机模型
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### 3.1 资源状态机（实验室 / 设备共用规则）
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```mermaid
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stateDiagram-v2
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[*] --> IDLE
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IDLE --> RESERVED: 预约通过
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IDLE --> MAINTENANCE: 报修/维护
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RESERVED --> IN_USE: 开始使用
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RESERVED --> IDLE: 取消/驳回/过期
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IN_USE --> IDLE: 完成使用
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MAINTENANCE --> IDLE: 维护完成
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```
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| 起始 \ 目标 | IDLE | RESERVED | IN_USE | MAINTENANCE |
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| --- | --- | --- | --- | --- |
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| IDLE | — | ✅ | ❌（需经 RESERVED） | ✅ |
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| RESERVED | ✅ | — | ✅ | ❌（需先释放） |
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| IN_USE | ✅ | ❌（需先释放） | — | ❌ |
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| MAINTENANCE | ✅ | ❌ | ❌ | — |
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- 实现：`EnumStateMachine` 通用基类 + `LabStateMachine` / `DeviceStateMachine` 注册迁移表；
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非法迁移抛出业务错误 `3003`。
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- 资源状态由预约生命周期驱动：`ReservationService.syncLabStatus/syncDeviceStatus`
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根据「是否存在 IN_USE / 占用态预约」推导目标状态，并沿状态机的合法路径推进
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（如 `IDLE → RESERVED → IN_USE`）。
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- 维护中的资源不会被状态同步覆盖，保证报修期间状态稳定。
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### 3.2 预约状态机
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```mermaid
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stateDiagram-v2
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[*] --> PENDING: 学生提交
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[*] --> APPROVED: 教师/管理员提交
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PENDING --> APPROVED: 审批通过
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PENDING --> REJECTED: 驳回
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PENDING --> CANCELLED: 本人/管理员取消
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APPROVED --> IN_USE: 签到开始
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APPROVED --> CANCELLED: 取消
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APPROVED --> COMPLETED: 到期自动完结
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IN_USE --> COMPLETED: 完成使用
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REJECTED --> [*]
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CANCELLED --> [*]
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COMPLETED --> [*]
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```
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## 4. 预约冲突检测算法
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### 4.1 规则清单
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| 类型 | 触发条件 | 错误码 |
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| `INVALID_TIME_RANGE` | 时间段为空或 `end <= start` | 3002 |
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| `PAST_TIME` | 开始时间早于 `now - 容差(30min)` | 3002 |
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| `ADVANCE_LIMIT_EXCEEDED` | 开始时间晚于 `now + 60 天` | 3002 |
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| `DURATION_EXCEEDED` | 单段时长 > 8 小时 | 3002 |
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| `OUTSIDE_OPENING_HOURS` | 不在实验室开放时间内或跨天 | 3002 |
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| `RESOURCE_UNAVAILABLE` | 实验室/设备处于维护中 | 3002 |
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| `CAPACITY_EXCEEDED` | 人数 > 实验室容量 | 3002 |
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| `COURSE_REQUIRED` / `COURSE_LAB_MISMATCH` / `COURSE_NOT_ACTIVE` | 课程绑定校验 | 3002 / 2203 |
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| `INTERNAL_OVERLAP` | 请求内部多个时间段互相重叠 | 3002 |
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| `LAB_CONFLICT` / `DEVICE_CONFLICT` / `USER_CONFLICT` | 与已有占用态预约重叠 | 3002 |
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分类优先级：同实验室 > 同设备 > 同用户，一条已有预约最多产生一条冲突。
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### 4.2 区间重叠算法
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采用 **排序 + 双指针扫描**，而不是两两比较：
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```
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输入：requested[0..n)（请求时间段，乱序），existing[0..m)（占用态已有预约）
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1. 过滤非法/被忽略/非占用状态的 existing，两侧各按 start 升序排序
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2. pointer = 0
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3. for each existing r:
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4. while pointer < n and requested[pointer].end <= r.start: pointer++ // 完全在 r 之前的请求段
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5. for j = pointer; j < n and requested[j].start < r.end; j++:
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6. if r.overlaps(requested[j]): 记录冲突(j, r)
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输出：冲突列表
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```
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- 重叠判定：`a.start < b.end && b.start < a.end`，因此 `10:00-12:00` 与
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`12:00-14:00` **不算冲突**（首尾相接合法）。
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- 复杂度：排序 `O((n+m) log(n+m))`，扫描近似线性；单次预约时 n=1，实际为一次索引查询。
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- 由于 `existing` 按 start 单调递增，`pointer` 只前进不回退。
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### 4.3 数据库层粗筛与并发控制
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`resources/mapper/ReservationMapper.xml` 中的 `selectConflicting`：
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```sql
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SELECT ... FROM reservation
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WHERE start_time < #{end} AND end_time > #{start} -- 区间重叠
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AND status IN (...) -- 只取占用态
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AND (lab_id = ? [OR device_id = ?] [OR user_id = ?]) -- 三个维度
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[AND id <> #{ignoreId}] -- 更新/审批时排除自身
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[FOR UPDATE] -- 并发写场景行锁
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```
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- 利用 `(lab_id, start_time, end_time)` 等索引把候选集缩小到极少量行，
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精确判断交给无副作用的 `ConflictDetector`。
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- 创建/审批在同一个 `@Transactional` 中先加锁查询、再检测、最后写入，
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避免「先查后写」竞态；审批时还会排除自身做二次冲突复检，
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防止多条待审批预约互相重叠。
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### 4.4 边界情况（均有单元测试覆盖）
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| 场景 | 期望 |
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| --- | --- |
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| 已有 `[9:00,11:00)`，请求 `[11:00,13:00)` | 不冲突（相接） |
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| 已有 `[9:00,11:00)`，请求 `[10:59,13:00)` | 冲突 |
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| 已有区间完全包含请求区间 | 冲突 |
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| 请求时间段的 end == start | `INVALID_TIME_RANGE` |
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| 开始时间等于 `now - 30min` | 允许（容差） |
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| 开始时间等于 `now + 60 天` | 允许（边界含） |
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| 时长恰好 8 小时 | 允许 |
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| 跨天但结束于 00:00 | 允许 |
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| 状态为 CANCELLED/REJECTED/COMPLETED 的预约 | 不参与冲突 |
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| 重复规则命不中任何日期 / 超过 60 场 | 抛 `INVALID_RECURRENCE_RULE` |
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| 请求内部两段互相重叠 | `INTERNAL_OVERLAP` |
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## 5. RBAC 权限矩阵
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| 操作 | 管理员 | 教师 | 学生 |
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| 查看实验室/设备/课程/日历 | ✅ | ✅ | ✅ |
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| 实验室/设备增删改、状态流转 | ✅ | ❌ | ❌ |
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| 课程增删改（仅本人课程） | ✅（任意） | ✅ | ❌ |
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| 发起单次/多次预约 | ✅（自动通过） | ✅（自动通过） | ✅（待审批） |
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| 发起课程绑定预约 | ✅ | ✅（仅本人课程） | ❌ |
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| 审批预约 | ✅（除自己） | ✅（除自己） | ❌ |
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| 取消/开始/完成预约 | ✅（任意） | 仅本人 | 仅本人 |
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| 查看预约列表 | 全部 | 全部 | 仅本人（强制过滤） |
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| 用户管理 | ✅ | ❌ | ❌ |
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实现：`@RequireRole` 注解 + `AuthInterceptor`（JWT 解析、角色校验），
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服务层再做**数据级权限**（所有者校验、授课教师校验）。
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## 6. 接口设计
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统一响应：`{ code, message, data }`，`code = 0` 表示成功。
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| 分组 | 接口 |
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| 认证 | `POST /api/auth/login`、`GET /api/auth/me`、`POST /api/auth/logout` |
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| 实验室 | `GET /api/labs`、`GET /api/labs/all`、`GET /api/labs/{id}`、`GET /api/labs/available`、`POST/PUT/DELETE`、`PATCH /{id}/status` |
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| 设备 | `GET /api/devices`、`GET /api/devices/by-lab/{labId}`、`POST/PUT/DELETE`、`PATCH /{id}/status` |
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| 课程 | `GET /api/courses`、`GET /api/courses/all`、`POST/PUT/DELETE`、`PATCH /{id}/finish` |
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| 预约 | `POST /api/reservations`、`/recurring`、`/course`、`/check`；`GET /api/reservations`、`/{id}`、`/calendar`；`POST /{id}/approve|reject|cancel|start|complete` |
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| 用户 | `GET/POST/PUT/DELETE /api/users/**` |
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## 7. 测试设计
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### 7.1 测试分层
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| 层次 | 代表用例 | 目标 |
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| 算法单元测试 | `ConflictDetectorTest`（40 例）、`TimeSlotTest`、`RecurrenceExpanderTest` | 全规则 + 边界值，纯函数无数据库 |
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| 状态机测试 | `StateMachineTest` | 全部合法/非法迁移与终态 |
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| 服务层测试 | `ReservationServiceTest`（44 例）、`LabServiceTest` 等 | Mockito 隔离，覆盖权限、状态同步、异常分支 |
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| Mapper 集成测试 | `ReservationMapperTest` | XML SQL 的区间语义、状态过滤、`FOR UPDATE` |
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| 接口集成测试 | `ApiIntegrationTest`（12 例） | MockMvc + H2 全链路：登录、RBAC、CRUD、预约生命周期、日历 |
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### 7.2 覆盖率（JaCoCo 门禁）
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mvn verify
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- 核心包（排除实体/DTO/VO/配置）：**行覆盖 98.1%，分支覆盖 92.8%**
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- 门禁：行 ≥ 90%、分支 ≥ 85%，不达标构建失败
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- 报告位置：`target/site/jacoco/index.html`
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## 8. 扩展功能：日历视图
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- 后端 `GET /api/reservations/calendar?labId&from&to` 返回区间内预约（一次查询整月）。
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- 前端「预约日历」页使用 Element Plus `el-calendar` 自定义日期单元格，
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按状态着色（待审批/已通过/使用中/已完成），点击事件查看详情。
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- 与冲突算法共用同一份数据模型，所见即校验依据。
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## 9. 关键设计取舍
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| 问题 | 方案 | 原因 |
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| 重复预约如何落库 | 系列 + 场次拆行 | 冲突检测/审批/日历统一为区间模型 |
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| 冲突检测放数据库还是应用层 | 数据库索引粗筛 + 应用层精判 | 兼顾性能、可测试性与跨库兼容（MySQL 无排他约束） |
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| 并发双写 | `FOR UPDATE` + 事务内复检 + 乐观锁 | 预约系统写冲突概率低但后果严重 |
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| 权限控制 | JWT 无状态 + 注解拦截 + 服务层数据权限 | 部署简单，规则集中可测 |
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| 状态一致性 | 显式状态机 + 资源状态推导 | 避免「有预约却空闲」的脏状态 |
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