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# 学生管理系统 — 优化文档 v1.0
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> 本文档针对当前 V1.0 代码实现，梳理存在的问题、提出优化方案，按优先级排序，供后续迭代参考。
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## 一、当前问题清单
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### 1. 数据库层
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#### [P0] database.py 硬编码 SQLite，未支持多数据源
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**现状：**
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```python
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DATABASE_URL = "sqlite:///./sms.db"
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```
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**问题：** 开发/测试/生产环境共用同一配置，切换数据库需改代码重启。
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**影响：** README 中明确规划了 dev→prod 的多数据源适配，当前未实现。
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**优化方案：**
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- 引入 `pydantic-settings` 或 `python-dotenv` 读取 `.env` 环境变量
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- 根据 `ENV` 环境变量自动切换连接串
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- 支持 MySQL / PostgreSQL 驱动切换
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#### [P0] 软删除未更新 delete_time
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**现状：** `students.py`、`scores.py`、`employment.py` 中软删除只设 `is_deleted=True`，`delete_time` 始终为 NULL；仅 `teachers.py` 正确设置了 `delete_time`。
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**问题：** 审计字段不一致，删除追溯能力缺失。
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**优化方案：** 统一在 BaseModel 或基类方法中处理 `delete_time` 赋值，所有删除接口复用同一逻辑。
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#### [P1] 缺少 Alembic 迁移工具
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**现状：** 建表依赖 `Base.metadata.create_all()`，每次启动都会执行，生产环境不安全。
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**问题：** 无法做版本控制、灰度发布、回滚。
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**优化方案：** 引入 Alembic，将 `init_db()` 改为迁移脚本，seed 数据单独管理。
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#### [P1] 索引设计有冗余和缺失
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**现状：**
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- `teachers.num` 同时有 `unique=True`（自带索引）和代码中手动加 `index=True`，重复
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- `students` 表缺少 `(is_deleted, class_id)` 联合索引的显式定义（虽然代码中写了但 ORM 未强制）
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- `employment` 表缺少 `(class_id, is_deleted)` 复合索引的实际生效确认
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**优化方案：** 清理重复索引，在模型 `__table_args__` 中统一声明复合索引，与 DDL 文档对齐。
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### 2. API 层
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#### [P0] 缺少统一异常处理和响应格式
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**现状：** 每个 router 独立 `raise HTTPException`，错误响应格式不一致（有的返回 `{"detail": "..."}`，有的返回 plain string）。
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**问题：** 前端难以统一处理错误，移动端/第三方接入体验差。
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**优化方案：**
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```python
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# 新增 utils/exceptions.py
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class SMSException(Exception):
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def __init__(self, code: int, message: str, detail: Any = None):
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self.code = code
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self.message = message
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self.detail = detail
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@app.exception_handler(SMSException)
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async def sms_exception_handler(request, exc):
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return JSONResponse(
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status_code=exc.code,
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content={"code": exc.code, "message": exc.message, "detail": exc.detail},
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)
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```
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#### [P0] 分页参数 skip/limit 未做边界校验
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**现状：** `limit` 最大无上限，攻击者可传 `?limit=999999` 导致内存溢出。
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**问题：** 缺乏防护，存在 DoS 风险。
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**优化方案：**
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```python
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skip: int = Query(0, ge=0),
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limit: int = Query(50, ge=1, le=200), # 默认50，最大200
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```
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#### [P1] 列表接口无总数返回
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**现状：** GET 列表只返回 `List[Model]`，前端无法实现完整分页（无 total count）。
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**问题：** 需要额外发一次 `COUNT` 请求，增加网络开销。
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**优化方案：** 返回 `{ "data": [...], "total": int, "skip": int, "limit": int }` 结构。
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#### [P1] CORS 全开放，生产不安全
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**现状：**
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```python
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allow_origins=["*"], allow_credentials=True
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```
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**问题：** `*` 与 `allow_credentials=True` 冲突（浏览器会拒绝），且生产环境不应放行所有来源。
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**优化方案：** 通过环境变量配置允许的来源列表，生产环境严格限制。
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#### [P1] 统计接口存在 N+1 查询问题
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**现状：** `stats.py` 的 `employment_stats` 中，对每个班级单独再发一次查询计算 `avg_duration_days`：
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```python
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for r in results:
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durations = db.query(...).filter(Employment.class_id == r.class_id, ...).all()
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```
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**问题：** N 个班级触发 N+1 次查询，数据量增长后性能急剧下降。
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**优化方案：** 一次查询获取所有班级的周期数据，在内存中分组聚合。
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### 3. 业务逻辑层
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#### [P0] 缺少用户认证与权限控制
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**现状：** 所有接口无需任何凭证即可访问和修改数据。
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**问题：** 任何知道 URL 的人都可以增删改查全部数据，存在严重安全隐患。
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**优化方案（V2.0）：**
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- 引入 JWT OAuth2 认证（FastAPI 内置 `OAuth2PasswordBearer`）
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- 基于角色的访问控制（RBAC）：教务管理员 / 老师 / 顾问
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- 敏感接口（写操作）强制鉴权，统计接口可匿名访问
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#### [P1] 缺少数据校验规则
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**现状：** Pydantic Schema 未对关键字段做格式约束。
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**问题示例：**
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- `age` 可以为负数或超大值
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- `score` 可以为负数或超过合理范围（如 200 分）
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- `num`（编号）无格式校验，可能输入非法字符
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**优化方案：**
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```python
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from pydantic import Field, field_validator
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class StudentCreate(BaseModel):
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age: int = Field(6, ge=6, le=100)
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sex: int = Field(0, ge=0, le=2)
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score: Decimal = Field(..., ge=0, le=100)
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@field_validator('num')
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@classmethod
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def validate_num(cls, v):
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if not re.match(r'^[A-Za-z0-9_-]{1,30}$', v):
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raise ValueError('编号只能包含字母、数字、下划线和短横线')
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return v
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#### [P1] 删除操作无二次确认（业务层）
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**现状：** 删除学生时，级联删除其所有成绩和就业记录，无前置检查。
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**问题：** 一旦误删，数据不可恢复（软删除也无法区分级联删除和手动删除）。
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**优化方案：**
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- 删除学生前检查是否有关联成绩/就业记录，给出警告
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- 提供"彻底删除"和"软删除"两种模式供管理员选择
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#### [P2] seed 数据硬编码在 Python 中，不可维护
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**现状：** `seed.py` 包含大量内联数据，与 DDL 文档中的造数 SQL 分离。
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**问题：** 两份数据容易不同步，新成员难以快速理解测试数据结构。
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**优化方案：** 将种子数据统一迁移到 SQL 文件（`seed/data.sql`），由 Alembic 迁移或独立脚本导入。
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### 4. 前端层
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#### [P1] 静态页面与后端耦合度高
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**现状：** `static/index.html` 中 `API = 'http://localhost:8000/api'` 硬编码。
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**问题：** 部署到测试/生产环境需改代码重新构建。
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**优化方案：**
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- 通过环境变量注入 API 地址：`const API_BASE = window.API_BASE || 'http://localhost:8000/api';`
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- 或在 Nginx 层做代理转发，前端直接请求相对路径 `/api/...`
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#### [P1] 缺少加载状态和错误提示
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**现状：** 所有接口调用无 loading 状态，失败时无用户提示。
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**问题：** 用户体验差，网络异常时页面卡死无反馈。
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**优化方案：** 添加统一的请求拦截器，显示 loading spinner 和错误 toast。
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#### [P2] 前端无路由，单页切换靠 display 控制
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**现状：** 所有模块在一个 HTML 文件中，用 `style.display` 切换。
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**问题：** 无法书签共享特定页面，SEO 不支持，体积随功能增长而膨胀。
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**优化方案：** V2.0 迁移至 Vue3 + Vue Router，组件化开发。
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### 5. 运维与工程化
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#### [P0] 缺少健康检查端点
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**现状：** 无 `/health` 接口，负载均衡器无法检测服务状态。
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**问题：** 容器编排（K8s/Docker Swarm）无法做存活探针，故障实例无法自动剔除。
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**优化方案：**
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```python
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from sqlalchemy import text
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@app.get("/health")
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async def health_check(db: Session = Depends(get_db)):
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db.execute(text("SELECT 1"))
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return {"status": "healthy", "timestamp": datetime.utcnow().isoformat()}
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```
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#### [P1] 缺少日志系统
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**现状：** 无日志配置，生产环境无法追踪请求链路。
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**问题：** 故障排查只能靠打印到终端，线上无法定位问题。
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**优化方案：**
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- 引入 `loguru`，配置请求日志中间件
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- 记录：请求方法、路径、状态码、耗时、客户端 IP
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- 日志按天轮转，保留 30 天
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#### [P1] 缺少单元测试
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**现状：** 无任何测试代码。
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**问题：** 修改功能无法验证回归，重构风险高。
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**优化方案：**
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- 引入 `pytest` + `httpx`（异步测试客户端）
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- 覆盖核心 CRUD 接口和统计接口
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- CI 流水线中自动运行测试
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#### [P2] 缺少 API 文档自动化
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**现状：** FastAPI 自动生成 Swagger，但无 Postman/OpenAPI 导出。
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**问题：** 前端联调时无法快速导入接口列表。
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**优化方案：**
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- 启动时导出 OpenAPI JSON 到 `docs/openapi.json`
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- 提供 Postman Collection 下载端点
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## 二、优化实施优先级矩阵
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| 优先级 | 类别 | 优化项 | 预计工作量 | 建议阶段 |
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|--------|------|--------|-----------|----------|
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| P0 | 安全 | 用户认证（JWT/OAuth2） | 3-5天 | V2.0 |
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| P0 | 安全 | 统一异常处理 | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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| P0 | 数据 | 多数据源配置（.env） | 1天 | V2.0 第1周 |
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| P0 | 数据 | 统一软删除 delete_time | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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| P0 | 运维 | 健康检查端点 | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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| P0 | 性能 | 统计接口 N+1 查询修复 | 1天 | V2.0 第2周 |
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| P1 | API | 分页参数边界校验 | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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| P1 | API | 列表接口返回总数 | 1天 | V2.0 第2周 |
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| P1 | API | CORS 生产环境收紧 | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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| P1 | 业务 | 数据校验规则完善 | 2天 | V2.0 第2周 |
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| P1 | 业务 | 删除前关联检查 | 1天 | V2.0 第2周 |
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| P1 | 数据库 | Alembic 迁移工具 | 2天 | V2.0 第3周 |
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| P1 | 数据库 | 索引清理与对齐 | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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| P1 | 运维 | 日志系统（loguru） | 1天 | V2.0 第2周 |
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| P1 | 运维 | 单元测试框架 | 2天 | V2.0 第3周 |
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| P2 | 前端 | API 地址环境变量化 | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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| P2 | 前端 | 加载状态与错误提示 | 1天 | V2.0 第2周 |
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| P2 | 前端 | Vue3 重构（可选） | 10-15天 | V3.0 |
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| P2 | 运维 | 种子数据 SQL 化 | 1天 | V2.0 第2周 |
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| P2 | 运维 | API 文档导出 | 0.5天 | V2.0 第1周 |
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## 三、V2.0 版本规划（特色需求）
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### 3.1 模块新增
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| 模块 | 说明 | 接口前缀 |
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|------|------|----------|
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| 用户认证 | JWT Token 登录/刷新/注销 | `/api/auth` |
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| 部门管理 | 组织架构树，老师归属部门 | `/api/departments` |
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| 顾问管理 | 顾问老师与学生的绑定关系（当前 advisor_id 已存在，需独立模块化管理） | `/api/advisors` |
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| 数据源配置 | 多环境数据库配置管理（仅管理员可见） | `/api/config` |
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### 3.2 统计增强
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| 功能 | 说明 |
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| 趋势分析 | 成绩/就业率按月/季度趋势折线图数据接口 |
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| 导出功能 | 统计结果导出为 Excel/CSV |
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| 不及格预警 | 连续两次不及格学生自动标记，推送消息 |
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### 3.3 AI 能力（V3.0 预留）
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| 功能 | 说明 |
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| 自然语言查询 | 输入"三班平均分多少"，自动转为 SQL 查询 |
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| 智能报告 | 定期自动生成班级学情报告（PDF） |
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| 知识库 | 教培行业常见问题 FAQ 智能问答 |
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## 四、数据库优化专项
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### 4.1 字典表落地（V2.0）
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当前 `sex`、`education`、`coach_area` 等字段存的是裸值，需升级为字典表驱动：
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```sql
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-- 迁移脚本（在 Alembic migration 中执行）
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ALTER TABLE students ADD COLUMN sex_code VARCHAR(10) AFTER sex;
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ALTER TABLE students ADD COLUMN education_code VARCHAR(20) AFTER education;
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UPDATE students SET sex_code = CAST(sex AS CHAR) WHERE sex IS NOT NULL;
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UPDATE students SET education_code =
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CASE education
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WHEN '本科' THEN 'bachelor'
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WHEN '硕士' THEN 'master'
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WHEN '博士' THEN 'phd'
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|
ELSE education_code
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|
END;
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-- 后续版本再移除裸值字段
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```
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### 4.2 大表归档策略（V3.0）
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当学生表超过 100 万行时启用：
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```sql
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-- 创建归档表
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CREATE TABLE students_archive LIKE students;
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CREATE TABLE scores_archive LIKE scores;
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-- 归档毕业超过 2 年的学生
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INSERT INTO students_archive
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SELECT * FROM students
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WHERE is_deleted = 0
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AND graduate_time IS NOT NULL
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AND graduate_time < DATE_SUB(NOW(), INTERVAL 2 YEAR);
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-- 归档后从主表删除（谨慎操作，先备份）
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DELETE FROM students
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WHERE id IN (SELECT id FROM students_archive);
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```
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## 五、运维优化专项
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### 5.1 项目目录结构调整
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```
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student_manage_system/
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├── app/ # 应用主体（重构后）
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│ ├── __init__.py
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│ ├── main.py # 应用入口
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│ ├── config.py # 配置管理（.env 读取）
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│ ├── database.py # DB 连接
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│ ├── models/ # ORM 模型（按模块分包）
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│ │ ├── __init__.py
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│ │ ├── teacher.py
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│ │ ├── student.py
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│ │ ├── class.py
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│ │ ├── score.py
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│ │ └── employment.py
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│ ├── schemas/ # Pydantic Schema
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│ │ ├── __init__.py
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│ │ └── ...
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│ ├── routers/ # API 路由
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│ │ ├── __init__.py
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│ │ ├── auth.py # 新增
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│ │ └── ...
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│ ├── services/ # 业务逻辑层（新增）
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│ │ └── ...
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│ └── utils/ # 工具函数
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│ ├── exceptions.py # 新增：统一异常
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│ └── logging.py # 新增：日志配置
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├── tests/ # 新增：测试目录
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│ ├── __init__.py
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│ ├── test_teachers.py
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│ ├── test_students.py
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│ └── conftest.py
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├── alembic/ # 新增：数据库迁移
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│ ├── versions/
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│ └── env.py
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├── seed/ # 新增：种子数据 SQL
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│ └── data.sql
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├── static/ # 保持现有
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├── docs/ # 保持现有
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├── .env.example # 新增：环境变量模板
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├── .env.local # 新增：本地开发配置（.gitignore）
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├── Dockerfile
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├── docker-compose.yml
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├── pyproject.toml
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└── README.md
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```
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### 5.2 .env 配置模板
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```env
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# 环境：development / staging / production
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APP_ENV=development
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# 数据库
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DATABASE_URL=mysql+pymysql://sms_user:SMS_pass@db-host:3306/sms
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# 或开发环境
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# DATABASE_URL=sqlite:///./sms.db
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# 应用
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APP_HOST=0.0.0.0
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APP_PORT=8000
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DEBUG=true
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# JWT（生产必须配置）
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SECRET_KEY=your-random-secret-key-here
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ALGORITHM=HS256
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ACCESS_TOKEN_EXPIRE_MINUTES=1440
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# CORS（生产填写具体域名）
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ALLOWED_ORIGINS=https://sms.example.com,https://admin.sms.example.com
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# 日志
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LOG_LEVEL=INFO
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LOG_FILE=/var/log/sms/app.log
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```
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### 5.3 Docker Compose 生产版
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```yaml
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version: "3.9"
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services:
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app:
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|
build: .
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environment:
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|
- DATABASE_URL=${DATABASE_URL}
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|
- SECRET_KEY=${SECRET_KEY}
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|
|
- ALLOWED_ORIGINS=${ALLOWED_ORIGINS}
|
|||
|
|
volumes:
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|||
|
|
- ./logs:/app/logs
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|
|
depends_on:
|
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|
|
db:
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|
|
condition: service_healthy
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|
|
restart: unless-stopped
|
|||
|
|
|
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|
|
db:
|
|||
|
|
image: mysql:8.0
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|
|
environment:
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|
|
MYSQL_ROOT_PASSWORD: ${MYSQL_ROOT_PASSWORD}
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|
|
MYSQL_DATABASE: sms
|
|||
|
|
MYSQL_USER: sms_user
|
|||
|
|
MYSQL_PASSWORD: ${MYSQL_PASSWORD}
|
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|
|
volumes:
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|||
|
|
- sms_mysql_data:/var/lib/mysql
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|
|
- ./seed/data.sql:/docker-entrypoint-initdb.d/init.sql
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|
|
ports:
|
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|
|
- "127.0.0.1:3306:3306" # 仅本地可访问
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|
|
restart: unless-stopped
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|
|
healthcheck:
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|
|
test: ["CMD", "mysqladmin", "ping", "-h", "localhost", "-u", "sms_user", "-p${MYSQL_PASSWORD}"]
|
|||
|
|
interval: 10s
|
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|
|
timeout: 5s
|
|||
|
|
retries: 5
|
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|
|
|
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|
|
volumes:
|
|||
|
|
sms_mysql_data:
|
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|
|
driver: local
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```
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## 六、接口变更清单（V2.0）
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| 接口 | 变更类型 | 变更内容 |
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|------|----------|----------|
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| `POST /api/auth/login` | **新增** | 用户名密码登录，返回 JWT |
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| `POST /api/auth/refresh` | **新增** | 刷新 Token |
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| `POST /api/auth/logout` | **新增** | 注销（黑名单 Token） |
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|
| `GET /api/teachers/` | **修改** | 需要 Token，返回加上 `total` 字段 |
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| `GET /api/students/` | **修改** | 需要 Token，分页参数加 `ge/le` 校验 |
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| `GET /api/stats/classes` | **修改** | 修复 N+1 查询，性能优化 |
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|
| `GET /health` | **新增** | 健康检查端点 |
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## 七、总结
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| 维度 | 当前状态 | V2.0 目标 |
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|------|----------|-----------|
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| 安全性 | 无认证，CORS 全开放 | JWT 认证 + RBAC + 严格 CORS |
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| 数据一致性 | 软删除字段不完整 | 全量统一审计字段 |
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| 性能 | 统计接口 N+1 查询 | 单次聚合查询 |
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| 可维护性 | 单体结构，无测试 | 分层架构 + 单元测试覆盖 |
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| 可观测性 | 无日志无监控 | loguru 日志 + health endpoint |
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| 部署 | 手动启动 | Docker + .env 配置化管理 |
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