前言

本文是学生管理系统的详细架构设计文档，用于指导学生管理系统后续的开发测试和运维。

1. 业务背景

随着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。

为提高学生管理的管理水平，优化资源，尽可能降低管理成本，开发一个学生管理系统，用于管理学生各类信息，实现学生信息关系的系统化、规范化、自动化，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。学生管理系统可解决学生信息管理数据信息量大、修改不方便，对一系列数据进行分析时花费时间长等问题，帮助学生管理人员有效管理学生信息，提高信息的准确度以及日常管理的工作效率。

2. 约束和限制

1、开发周期短

2、开发成本低

3、系统的运维成本低

4、一次性交付

3. 总体架构

根据业务分析，需求主要分为学生管理、课程管理、考试管理和权限管理 4 个模块。

使用 Nginx 负载均衡，分别使用 3 个服务器实现学生子系统、课程子系统和权限子系统，使用 MySQL 主备设置实现数据的冗余备份。

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

作为学生管理系统，包含学生基本信息、课程信息和考试信息，数据丢失，比较难恢复，因此数据不可以丢失，需要实现数据的冗余和备份。

3.1.2 高性能

学生管理系统主要为课程、考试等信息的增删改查，访问量比较平稳，变化均衡，因此不用实现高性能，使用 Nginx 负载均衡即可。

3.1.3 可扩展

学生规模比较稳定，后期系统演化需求不过，可扩展性要求不高。

3.1.4 成本和安全

学生管理系统需一次性交付，开发周期短，成本需控制。

3.2 总体架构

1）采用服务器分模块的方式，一个服务器承载学生子系统，一个服务器承载课程子系统，一个服务器承载权限子系统。

2）数据存储使用一台主 MySQL 和一台备 MySQL，主备数据复制，分组间数据不同步。

3）正常情况下，Nginx 实现三个服务器子系统的负载均衡

4）主数据库宕机的情况下，备数据库对外提供数据服务。

5）服务器子系统向 MySQL 读写数据

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 学生管理

1. 系统登录：此功能面向所有用户角色，根据用户角色权限不一，功能权限也不一样。

2. 账号分配：学生账号由系统生成，给定相应权限，可进行密码更改，无法对系统成绩评定等功能做出相应干涉。教师账号由管理者（教务）通过系统生成，教师有对学生成绩评定和试卷评定的权限，同时兼容学生权限。管理（教务）权限由系统固有账号，是系统 root 权限，对教师有分配管理权限，对数据有增加、修改、删除、查询权限。

3. 账号绑定：学生账号可通过第三方如：手机号码、微信等自行绑定，可实现账号自助找回等。

4. 组织管理层级：按学生实际情况划分归属。 例如：软件学院—数字传媒方向（专业）—软件 1306—苗雨乔。

5. 文件上传/下载：此功能针对所有用户开放，学生可以将自己课堂笔记、日常作业等相关信息在线传输，教师通过学生上传的相关作业、试卷信息进行相应评定，完成对学生平时成绩的评定。此功能一旦评定结束，所有用户只有查询、浏览的权限，除管理员外其他用户没有对成绩修改的权限。

6. 信息查询：此项功能包含课程查询（含课程体系、课时安排、课表、教师、教材等）、成绩查询、文件查询。

4.1.2 课程管理

1. 课程录入：由管理员对相应课程体系进行录入，供学生、教师进行在线选择。

2. 选课功能：学生可以在线对自己的课程体系进行选择，相对应的课程选择功能类比。

3. 排课功能：此功能根据学生选定的课程和教学体系安排，对相应教师、教室、时间进行统一规划安排。排课功能备选开发方向为在线排课和人工录入，在线排课是系统根据课程要设置课程的名称、课时、上课的班级、代课老师等信息，除此之外，还可以选填排课时的优选项，例如：上课时间有限上午等系统自动生成课程信息，管理员有权限对课程安排作出添加、删除、修改等判定。

4. 教材选择：此功能由教务统一管理，根据每门课程选定相应教材

4.1.3 考试管理

1. 试卷区域分割：发起考试：期中的时候，教师可以创建一次考试；而在月考时可以根据上课的周数进行考试安排，如一般可以在在第八周、十二周、十六周分别创建三次考试。其中这些考试题目是在事先录入好的题库中按照教师设定的知识点、范围、难易程度以及题型自动生成的试卷。每创建一次考试之后，教师需要将出好的考试题进行分割点标注，然后印刷试卷，考试。考试过后，试卷会被扫描，然后教师需要将扫描件试卷录入系统之中，系统会根据标注点对试卷进行预处理和分割。教师进入系统，可以对已经分割好的试卷进行判分。

2. 平时成绩：此项功能包含学生平时所有相关成绩信息，例如：考勤主要是由教师终端自动生成的或者教师手动输入，时间期限为当天；课堂笔记主要是由学生在当堂课程结束后将自己的笔记上传然后由教师批阅给予成绩在下次上课前完成自动签名；课后作业主要是在每堂课之后，教师可以发起一次作业任务，学生应老师设定的时间内提交作业，老师会对作业进行批阅，在下次课前给予成绩评分，将以上方式计算得到的总成绩计入平时成绩。最后按照系统判定的平时成绩结合月考、期中、期末试卷成绩按相应比例得出学生最终成绩。

3. 评分判定：教师使用系统对上传的试卷分割区域作出相应的评分。由于教师要对试卷进行签字，我们建议教师在评分之前可以在试卷上进行签字，由此得到的扫描结果就有教师签字。如有额外需求，需要教师通过外设进行试卷签字，此项功能暂不做需求开发。

4.1.4 权限管理

1. 系统使用者有学生、教师、管理员、辅导员。

2. 学生、教师、辅导员可以注册、登录、修改自己的信息，但注册信息需要管理员审核通过。

3. 学生只能查看自己的成绩，教师可以修改学生的成绩。

4. 辅导员可以查看学生的信息，可以设置学生的奖惩信息。5. 教师可以上传考试试题，学生可以做题。

4.2 关键设计

【管理子系统 Role 设计】1. 学生管理、权限管理和课程管理子系统使用 Java 语言实现。

【MySQL 的 Role 和 Relation 设计】1. 采用 MySQL 主从同步。2. 每个消息队列对应一个表。3. 消息表最多存储 30 天内的消息，过期的自动清除。4. 直接用 MySQL 的主从复制来实现数据复制。

【MySQL 库和服务器的 Relation 设计】1. 数据库端与服务端采用 TCP 连接，采用 JSON 传递数据。2. 为了兼容非 Java 系统，服务端同时提供 HTTP 接口。

【服务器 Role 设计】1. 服务器基于 Netty 开发，采用 Reactor 网络模型。2. 两台服务器组成一个 sharding，整个系统可以多个 sharding，每个 sharding 包含一主一从两台服务器（可以对比 MongoDB shard）。3. 主服务器提供消息读写操作，从服务器只提供消息读取操作。4. 服务器基于 ZooKeeper 进行主从切换。

4.3 设计规范

NA

5. 质量设计

5.1.1 可测试性设计

学生管理系统业务复杂，要实现功能，需要较高的可维护性。

5.1.2 可维护性设计

学生管理子系统一次性交付，后期需要维护，需提供维护性功能

5.1.3 可运维性设计

NA

5.1.4 安全/成本设计

学生管理子系统用于学校学生管理，使用范围较小，安全性要求较低

6. 演进规划

学校的学生数量不会发生很大变化，系统架构够用多年，无需考虑后期的演化。