外包学生管理系统架构文档

前言

该文档主要是外包学生管理系统的详细架构文档，用于指导外包学生管理系统的开发、测试和运维。

词汇表

• Nginx

• MySQL

• Spring Boot

1.业务背景

随着学校的规模的不断扩大，学生数量的增加，需要处理的信息也日趋增大。不仅花费大量的教师资源，处理效率也十分低下。由此导致以下几个问题：

• 管理效率低下

• 学生信息管理缺乏规范

• 无法科学分析学生学习情况

基于以上问题，我们开发设计了学生管理系统，应用于学生各类信息的管理，总体任务是实现学生信息关系的系统化、规范化、自动化，其主要任务是统计学生各类信息进行日常管理，如查询、修改、增加、删除、以及学生选课、成绩的查询等功能设计的管理系统。

业务背景图

2.约束和限制

• 本项目投资经费为 200 万元

• 项目里程碑（2022 年 01 月 01 日～2022 年 05 月 31 日）：

• **第一迭代(2022 年 01 月 01 日-2022 年 02 月 01 日)：**完成登陆注册、权限管理功能

• **第二迭代(2022 年 02 月 01 日-2022 年 03 月 01 日)：**完成学生信息管理功能

• **第三迭代(2022 年 03 月 01 日-2022 年 04 月 01 日)：**完成课程上传以及排课功能

• **第四迭代(2022 年 04 月 01 日-2022 年 05 月 01 日)：**完成学生选课、考试、评分功能

• **第五迭代(2022 年 05 月 01 日-2022 年 05 月 31 日)：**完成后台运维管理功能

• 本项目采用业内主流技术

• 采用一主一备的 MySQL 数据库，保证数据不会丢失

• 采用 Nginx 进反向代理

• 采用 Spring Boot 框架作为脚手架，提供开发效率

• 本项目对数据存储有不同的实效性要求

• 学生学籍信息要永久保留

• 发布课程信息，至少保留 1 年

• 学生考试成绩和奖惩记录，要永久保留

3.总体架构

3.1 架构分析

• 高可用：针对学生管理系统，学籍信息丢失会给学生带来很大麻烦

• 高性能：针对抢课功能模块，课程信息无疑是热点数据，需要保证在 50000TPS

• 可拓展：因为项目处于初创期，目前只服务于 XX 学校，与业务方的沟通之后，发现需要针对课程考试模块要具有一定的可拓展性能

• 成本、安全：目前只服务于一个学校，只要部署 4 台服务器；涉及到学生学籍信息，需要进行加密存储

3.2 系统架构

系统架构图

总体架构分为三层：数据层、服务层、网关层

• 数据层：采用一主一备的 MySQL。一般情况下在主数据库上进行数据的读写，并实时将 binlog 日志在 MySQL 备份数据库进行重放；在主数据库出现故障时，进行主备切换，保证数据服务不会中断。

• 服务层：基于业务分析和提升项目开发效率，将服务拆分为：学生子系统、课程子系统、权限子系统；每个开发小组负责一个子系统的开发；

• 网关层：采用 Nginx 作为流量网关和服务网关。一方面利用请求熔断机制，扛住在高并发时的调用压力，防止把整个系统拖垮，保证核心功能(学生管理模块)的可用性；另一个方面，根据不同的请求，路由到不同的服务子系统上。

4.详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 账号录入及激活

账号录入及激活时序图

4.1.2 课程录入及选课时序图

课程录入及选课时序图

4.2 关键设计

4.2.1 数据的高可用

由于数据存储采用 MySQL 的主备架构，主备之间采用消息复制的方式进行同步。在日常运维过程中，需要考虑消息复制延迟问题，保证数据延迟不超过 30s，并做好日常报警监控。同时，要在日常运行过程中，演练主备切换。

4.2.2 抢课功能的高性能

针对抢课过程中，预估 TPS 会达到 50000TPS，需要考虑在高并发情况下，数据库压力以及不能影响到其他功能的正常使用。

4.3 设计规范

• 采用 Spring Boot+MyBatis 框架进行开发

• MySQL 数据库采用 Innodb 引擎

• 错误码规范：子系统编码+具体业务错误码；学生子系统：M01，课程子系统：M02，权限子系统：M03

• 采用 Fegin 作为 web 服务器客户端

• 表的开发设计以及具体开发规范，可参考《阿里巴巴 Java 开发手册》

5.质量设计

5.1 成本

• 人力成本：前端（2 人）、后端（4 人），UI（1 人），BA（1 人），日常运维（1 人）

• 服务器成本：4 台服务器（2 台服务器+2 台数据库）

5.2 可测试性

• 核心业务单元测试覆盖率达到 85%

• 核心业务全链路压测

5.3 可维护性

• MySQL 主机出现故障时，可自动切换备机

• 当某个业务功能出现故障时，可进行业务故障隔离，保证其他业务能够正常进行

5.4 可观测性

• 提供日志查看界面

• 提供 jvm、CPU 等性能指标监控界面

6.演进规划

学生管理系统项目，采用敏捷开发，分为五个迭代，不断循序渐进，促使项目顺利落地。