Разработка системы бронирования железнодорожных билетов с использованием Java Swing

ВВЕДЕНИЕ

Нынешняя эпоха информационных технологий диктует высокие требования к качеству и удобству пользовательских приложений, особенно в сфере автоматизации повседневных сервисов. Одной из актуальных областей является организация онлайн-бронирования транспортных средств, где удобный и интуитивно понятный интерфейс играет решающую роль в повышении удовлетворенности пользователей и оптимизации рабочих процессов. Разработка графического пользовательского интерфейса для бронирования железнодорожных билетов представляет собой важную задачу, которая требует объединения современных методов проектирования программного обеспечения с практическими потребностями транспортной отрасли [1].

Постановка задачи заключается в разработке приложения для бронирования железнодорожных билетов, обеспечивающего удобство и надежность работы пользователей. Система реализует регистрацию и авторизацию, выбор маршрута, даты поездки, типа вагона и места, а также управление бронированиями.

Для создания графического интерфейса используется Java Swing, обеспечивая гибкость и масштабируемость системы. Особое внимание уделяется навигации между основными разделами: главным меню, формами входа и регистрации, экраном бронирования и личным кабинетом. Также предусмотрены функции просмотра забронированных билетов, их отмены и проверки статуса поездов.

В ходе разработки создаются диаграммы использования вариантов (UML-диаграммы) для визуализации архитектуры системы, а также анализируются существующие решения в сфере бронирования. Разработка демонстрирует применение принципов объектно-ориентированного программирования (ООП) и интеграцию различных модулей, что позволит адаптировать систему к изменяющимся требованиям рынка.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проведенный обзор подтвердил эффективность объектно-ориентированного подхода и Java Swing для разработки приложений с графическим интерфейсом (GUI-приложений) в транспортной сфере [2][3]. Исследования К. Коузена (2018) и И. А. Баркова (2023) демонстрируют, что ООП обеспечивает гибкость и масштабируемость систем бронирования. Данная научная работа [4] выделяет потенциал интеграции с облачными сервисами для обработки больших данных, что актуально для цифровизации транспортных услуг. Указанные методы легли в основу архитектуры системы, сочетающей классические принципы ООП с современными требованиями к модульности.

Разработан интуитивный интерфейс с ключевыми модулями:

1. Главное меню (навигация по разделам).
2. Формы входа/регистрации (с валидацией данных).
3. Экран бронирования (динамический выбор параметров).
4. Личный кабинет (управление заказами).

Использованы стандартные компоненты Swing для обеспечения кросс-платформенности и отзывчивости.

Диаграмма вариантов использования (или use case diagram) является одним из важных инструментов моделирования в методологии Unified Modeling Language (UML). Она используется для описания функциональности системы с точки зрения ее взаимодействия с внешними сущностями, называемыми акторами. Акторы представляют роли, которые взаимодействуют с системой, и могут быть как людьми, так и внешними системами.

Диаграмма вариантов использования помогает установить, как различные виды пользователей будут взаимодействовать с системой и какие действия они совершат [4]. Это позволяет лучше понять требования к системе, определить основные функциональные возможности и обеспечить их соответствие потребностям пользователей [5] (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма вариантов использования для информационной системы по бронированию ж/д билетов

Примечание: составлено авторами.

Основной поток:

1. Вариант использования начинается, когда Гость заходит в приложение.
2. Если Гость не зарегистрирован, он выполняет регистрацию, вводя e-mail, имя пользователя и пароль. Если же Гость уже имеет аккаунт, этот шаг пропускается, и пользователь переходит к авторизации (см. Альтернативный поток А1).
3. После успешной регистрации или авторизации система предоставляет доступ к основному функционалу [6].
4. Пользователь выбирает одно из доступных действий: просмотр фотоальбома вокзалов или проверку наличия мест в поезде.
5. При выборе просмотра фотоальбома система отображает галерею изображений вокзалов, после чего пользователь возвращается к выбору дальнейших действий (см. Альтернативный поток А4).
6. При выборе проверки наличия мест пользователь переходит к бронированию билета: указывает дату, время и место, после чего система оформляет бронирование.
7. Если в дальнейшем потребуется отменить бронь, пользователь переходит в раздел просмотра забронированных билетов и активирует отмену бронирования (см. Альтернативный поток А3).
8. Завершив работу с системой, пользователь выбирает опцию «Выход из системы» (см. Альтернативный поток А5), после чего сеанс завершается.

Альтернативные сценарии:

1. А1 (Вход): Авторизация → восстановление пароля при ошибке (А2).
2. А2 (Восстановление пароля): Сброс пароля по e-mail/имени → возврат к А1.
3. А3 (Отмена брони): Выбор билета → подтверждение отмены.
4. А4 (Фотоальбом): Просмотр галереи → возврат в меню.
5. А5 (Выход): Завершение сеанса → стартовый экран.

Диаграмма классов (class diagram) – статическая диаграмма, являющаяся основным логическим представлением системы. Диаграмма классов позволяет понять структуру системы, определить классы объектов, их атрибуты и методы, а также взаимосвязи между классами (рис. 2). Это полезный инструмент для анализа, проектирования и документирования программных систем [7]. 

Сервис Аутентификации – отвечает за вход, регистрацию и сброс пароля. Методы возвращают или проверяют объекты типа «Пользователь». 

Пользователь – представляет как Гостя, так и зарегистрированного пользователя. Помимо стандартных методов регистрации, входа и выхода, содержит методы для просмотра фотоальбома, проверки наличия мест, бронирования билета и отмены брони [8].

Билет – содержит информацию о поездке (дату, время, номер места, статус) и связан с конкретным маршрутом. Билет используется как бронь.

Маршрут – содержит сведения о маршруте (станции, время отправления/прибытия).

Сервис Бронирования – реализует логику проверки наличия мест, оформления брони и ее отмены. Методы работают с объектами «Пользователь» и «Билет».

Фотоальбом и Фото – отвечают за отображение галереи вокзалов.

Ассоциации отражают направленность связей:

1. Сервис аутентификации создает и проверяет Пользователя.
2. Пользователь использует Сервис бронирования для оформления брони, а также просматривает Фотоальбом.
3. Билет связан с Маршрутом, а Пользователь напрямую бронирует билет.
4. Сервис бронирования оформляет бронь для пользователя, создавая связь между Пользователем и Билетом.
5. Фотоальбом агрегирует объекты Фото.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Приложение разработано на Java с использованием Swing. Архитектура основана на принципе разделения ответственности, что обеспечило модульность и упростило поддержку системы. Ключевые компоненты (рис. 3):

1. Навигация и состояние:

– MainFrame: Главный контейнер (управление панелями через CardLayout, хранение глобальных данных).

– TopPanel: Отображение информации о пользователе и кнопки выхода.

2. Основные функциональные модули:

– MainPanel: Стартовое меню (вход, регистрация, проверка мест, фотоальбом).

– LoginPanel/RegisterPanel: Авторизация и регистрация с валидацией данных.

– BookingPanel: Бронирование билетов (выбор параметров, проверка мест, запись в файл).

– BookingMenuPanel: Управление бронированиями для авторизованных пользователей.

3. Вспомогательные сервисы:

– AlbumPanel: Просмотр фотоальбома вокзалов.

– AuthService: Логика работы с учетными данными (users.csv).

– HoverEffects: Стилизация интерфейса (эффекты наведения, скругленные контейнеры). 

 

Рис. 3. Полученная структура классов графического пользовательского интерфейса

Примечание: составлено авторами.

Главный класс MainFrame служит контейнером для всех панелей пользовательского интерфейса и реализует механизм навигации между ними посредством CardLayout. Он также хранит глобальное состояние (например, имя текущего пользователя) и обеспечивает корректное обновление верхней панели через вызов метода topPanel.updateProfile (). Особое внимание уделено обработке события нажатия клавиши ESC, чтобы в зависимости от состояния авторизации пользователь не мог вернуться к начальному экрану, если уже авторизован. 

Модуль TopPanel отвечает за отображение верхней части интерфейса, включающей кнопку с иконкой аккаунта и приветственное сообщение. При обновлении профиля через метод updateProfile (String username) панель скрывает или отображает данные компоненты в зависимости от наличия имени пользователя. При выходе из аккаунта данные сбрасываются, что приводит к скрытию иконки и надписи (рис. 4). 

 

Рис. 4. Пример отображения верхней панели с элементами профиля

Примечание: составлено авторами.

MainPanel реализует стартовый экран приложения. Здесь расположены кнопки для перехода к авторизации, регистрации, проверки статуса поезда и просмотра фотоальбома. Данный модуль предоставляет интуитивно понятный интерфейс для первичного взаимодействия пользователя с системой (рис. 5). 

 

Рис. 5. Внешний вид главной панели приложения

Примечание: составлено авторами. 

Панели LoginPanel и RegisterPanel обеспечивают сбор учетных данных пользователя для входа и регистрации соответственно. В LoginPanel реализована логика обращения к AuthService для проверки корректности введенных данных, а в RegisterPanel дополнительно производится валидация e-mail с использованием регулярного выражения. Оба модуля оповещают пользователя об успешном выполнении или ошибке посредством диалоговых окон (рис. 6, 7). 

 

Рис. 6. Пример формы регистрации пользователя (RegisterPanel)

Примечание: составлено авторами.

 

Рис. 7. Пример формы входа пользователя (LoginPanel)

Примечание: составлено авторами. 

BookingPanel предназначена для оформления брони. Здесь реализовано:

– выбор станций отправления и прибытия;

– выбор даты отправления и, при необходимости, даты возврата;

– выбор типа вагона и номера вагона;

– выбор места с динамическим обновлением доступных мест (на основе данных, считанных из файла bookings.txt);

– логика сохранения информации о брони в файл и оповещение пользователя о результате операции.

Кроме того, в BookingPanel реализована функция проверки статуса поезда, которая отображает количество забронированных билетов и оставшиеся свободные места (рис. 8, 9). 

 

Рис. 8. Пример формы меню бронирования билетов

Примечание: составлено авторами.

 

Рис. 9. Забронированный билет
в файле bookings.txt

Примечание: составлено авторами.

Модуль BookingMenuPanel предназначен для предоставления дополнительных возможностей авторизованному пользователю. Здесь реализована функция просмотра забронированных билетов, которая считывает данные из файла и отображает их в виде таблицы с возможностью возврата брони. Также с этой панели пользователь может перейти к оформлению новой брони, проверить статус поезда или просмотреть фотоальбом (рис. 10). 

AlbumPanel реализует функционал фотоальбома вокзалов. Модуль позволяет пользователю просматривать изображения вокзалов с поддержкой переключения с помощью кнопок (и клавиатурных стрелок). Для масштабирования изображений используется метод scaleImageIcon (), обеспечивающий плавное отображение фото в заданном разрешении (рис. 11). 

AuthService представляет собой сервис для работы с учетными записями пользователей. Реализованные методы включают регистрацию, вход и сброс пароля, при этом данные пользователей хранятся в файле users.csv. Логика проверки существования пользователя и корректности учетных данных реализована посредством чтения и записи в файл (рис. 12). 

Класс HoverEffects содержит утилитные методы для стилизации компонентов интерфейса, таких как добавление эффекта подчеркивания при наведении, создание кнопок с иконками, а также обертывание панелей в скругленные контейнеры для улучшения визуального восприятия (рис. 13). 

Интеграция модулей обеспечивается через класс MainFrame, который связывает все панели с помощью CardLayout. Каждый модуль взаимодействует с MainFrame для получения общего состояния (например, имени пользователя) и перехода между экранами. Сервисы AuthService и BookingService вызываются из соответствующих панелей, что позволяет реализовать чистую архитектуру и модульное тестирование.

Для тестирования были разработаны следующие сценарии:

1. Авторизация и регистрация: проверка ввода корректных и некорректных данных, тестирование восстановления пароля.

Проверим все возможности регистрации и авторизации. Если пользователь захочет зарегистрировать новый аккаунт, но этот адрес электронной почты уже есть в «базе данных», программа выдаст ошибку регистрации «Пользователь с таким адресом уже зарегистрирован» (рис. 14). 

Если пользователь забыл пароль – ему покажется диалоговое окно «Неверный адрес электронной почты или пароль» (рис. 15). 

Для восстановления пароля необходимо ввести e-mail и имя пользователя, указанные при регистрации (рис. 16). 

Если данные корректны, система предоставляет возможность сменить пароль (рис. 17). 

2. Оформление брони: выбор станций, дат, типа вагона, номера вагона и места, проверка корректности обновления списка свободных мест.

Если пользователь забронирует билет, то в следующий раз это забронированное место пропадет из списка (рис. 18). 

Если пользователи забронируют все билеты на конкретный поезд, то появится надпись «Все билеты забронированы» (рис. 19). 

3. Просмотр бронирований: считывание данных брони из файла, корректное отображение в виде таблицы, а также проверка механизма возврата брони (рис. 20).  

В результате реализации системы был достигнут высокоуровневый уровень модульности, что позволило разделить функциональность на логически независимые блоки. Каждый модуль отвечает за свою область ответственности: от управления навигацией до обработки учетных данных и оформления брони. Проведенное функциональное тестирование подтвердило корректность работы системы, стабильность ее функционирования и удобство использования конечным пользователем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты тестирования подтвердили корректность работы всех функциональных модулей. Были проверены сценарии регистрации, авторизации, оформления и отмены бронирования, а также взаимодействие с файлами данных. Приложение демонстрирует надежность и производительность, а его архитектура соответствует принципам модульности, что облегчает его поддержку и дальнейшее развитие.

Таким образом, поставленные задачи были успешно выполнены, а разработанное программное обеспечение может быть использовано как основа для дальнейшего расширения системы, в том числе путем интеграции с внешними сервисами и добавления дополнительных функций, таких как онлайн-оплата и динамическое обновление данных о расписании поездов.