一、系统架构设计原则

电话簿管理系统需满足高可用性、可扩展性和数据一致性三大核心需求。采用分层架构设计是最佳实践，将系统划分为表现层、业务逻辑层、数据访问层及数据存储层。

表现层负责用户交互，推荐使用Swing或JavaFX构建图形界面，支持联系人列表展示、搜索框、操作按钮等组件。业务逻辑层处理核心功能，包括增删改查、分组管理、导入导出等操作，需通过接口定义规范实现解耦。数据访问层封装JDBC或ORM框架操作，建议采用DAO模式实现不同存储方案的统一访问。

数据存储层需考虑多种存储方案：内存存储适合小型系统，文件存储（如CSV、JSON）便于数据迁移，数据库存储（如MySQL、SQLite）则支持高并发和复杂查询。对于分布式场景，可结合内存缓存（如Redis）提升性能。

二、核心功能实现细节

1. 数据模型设计

联系人实体类需包含基础字段：姓名（String）、电话号码（String）、邮箱（String）、地址（String）、分组（Enum）、备注（String）及最后修改时间（Timestamp）。建议使用Lombok库简化代码：

@Data
public class Contact {
    private Long id;
    private String name;
    private String phone;
    private String email;
    private String address;
    private ContactGroup group;
    private String note;
    private Timestamp lastModified;
}

分组管理可通过枚举实现：

public enum ContactGroup {
    FAMILY, FRIEND, COLLEAGUE, BUSINESS
}

2. 数据持久化方案

文件存储方案中，JSON格式因其可读性和扩展性成为首选。使用Jackson库实现对象与JSON的转换：

public class JsonContactStorage implements ContactStorage {
    private final Path filePath;
    public JsonContactStorage(Path filePath) {
        this.filePath = filePath;
    }
    @Override
    public void save(List<Contact> contacts) throws IOException {
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        mapper.writeValue(filePath.toFile(), contacts);
    }
    @Override
    public List<Contact> load() throws IOException {
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        return mapper.readValue(filePath.toFile(), 
            new TypeReference<List<Contact>>() {});
    }
}

数据库存储方案需设计合理的表结构：

CREATE TABLE contacts (
    id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(100) NOT NULL,
    phone VARCHAR(20) NOT NULL,
    email VARCHAR(100),
    address VARCHAR(200),
    group_type VARCHAR(20),
    note TEXT,
    last_modified TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP
);

3. 业务逻辑实现

核心服务类应封装所有操作：

public class ContactService {
    private final ContactStorage storage;
    public ContactService(ContactStorage storage) {
        this.storage = storage;
    }
    public void addContact(Contact contact) throws IOException {
        List<Contact> contacts = storage.load();
        contacts.add(contact);
        storage.save(contacts);
    }
    public List<Contact> searchContacts(String keyword) throws IOException {
        return storage.load().stream()
            .filter(c -> c.getName().contains(keyword) 
                || c.getPhone().contains(keyword))
            .collect(Collectors.toList());
    }
}

三、性能优化策略

1. 搜索性能提升

对于大型电话簿（超过10万条记录），需采用索引优化。内存索引方案可使用HashMap实现：

public class IndexedContactStorage implements ContactStorage {
    private Map<String, List<Contact>> nameIndex = new HashMap<>();
    private Map<String, List<Contact>> phoneIndex = new HashMap<>();
    @Override
    public void save(List<Contact> contacts) {
        // 重建索引
        nameIndex.clear();
        phoneIndex.clear();
        contacts.forEach(c -> {
            nameIndex.computeIfAbsent(c.getName().toLowerCase(), 
                k -> new ArrayList<>()).add(c);
            phoneIndex.computeIfAbsent(c.getPhone(), 
                k -> new ArrayList<>()).add(c);
        });
    }
    public List<Contact> searchByName(String name) {
        return nameIndex.getOrDefault(name.toLowerCase(), Collections.emptyList());
    }
}

2. 并发控制

多线程环境下需使用同步机制：

public class SynchronizedContactStorage implements ContactStorage {
    private final ContactStorage delegate;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public SynchronizedContactStorage(ContactStorage delegate) {
        this.delegate = delegate;
    }
    @Override
    public void save(List<Contact> contacts) throws IOException {
        lock.lock();
        try {
            delegate.save(contacts);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

四、扩展功能实现

1. 导入导出功能

支持CSV和VCF格式：

public class CsvExporter {
    public static void export(List<Contact> contacts, Path filePath) throws IOException {
        try (BufferedWriter writer = Files.newBufferedWriter(filePath)) {
            writer.write("Name,Phone,Email,Group\n");
            contacts.forEach(c -> {
                try {
                    writer.write(String.format("%s,%s,%s,%s\n",
                        c.getName(), c.getPhone(), c.getEmail(), c.getGroup()));
                } catch (IOException e) {
                    throw new UncheckedIOException(e);
                }
            });
        }
    }
}

2. 数据备份机制

定时备份策略可通过ScheduledExecutorService实现：

public class BackupScheduler {
    private final ContactStorage storage;
    private final Path backupDir;
    public BackupScheduler(ContactStorage storage, Path backupDir) {
        this.storage = storage;
        this.backupDir = backupDir;
    }
    public void start() {
        ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
            try {
                Path backupFile = backupDir.resolve(
                    "contacts_" + System.currentTimeMillis() + ".json");
                List<Contact> contacts = storage.load();
                // 使用前文JsonContactStorage的实现进行保存
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, 0, 24, TimeUnit.HOURS);
    }
}

五、最佳实践建议

存储方案选择：小型系统（<1000条）可使用文件存储，中型系统（1万-10万条）推荐SQLite，大型系统需考虑MySQL分表
异常处理：对IO操作、数据库连接等可能失败的环节进行完善处理
日志记录：使用SLF4J+Logback记录系统操作和错误
单元测试：为每个功能模块编写JUnit测试，覆盖率建议达到80%以上
国际化支持：资源文件分离实现多语言支持

该系统通过分层架构设计实现了高内聚低耦合，支持多种存储方案和扩展功能。实际开发中可根据需求选择技术栈，如使用Spring Boot简化Web接口开发，或结合Android SDK开发移动端应用。性能优化方面，对于百万级数据建议采用Elasticsearch等专用搜索引擎。

Java电话簿管理系统设计与实现：从基础架构到功能扩展