架构实战营模块 3 课后作业

前言

本文是外包学生管理系统架构设计文档，用于指导外包学生管理系统的开发、测试及运维。

词汇表

1. 业务背景

随着学校规模的不断扩大，学生数量的增加，需要处理的信息也日趋增大。不仅花费大量的老师资源，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成为学生管理的新课题，学生管理系统是从学生管理现状出发，根据学生管理的新要求进行开发设计的，它需要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。

因此学生信息管理系统可以通过系统规范地管理、科学性统计和快速查询、修改、增加、删除等，提高信息的准确度以及日常管理的工作效率。

本系统主要是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。

2. 约束和限制

1、必须在 2021.09.30 号完成

2、成本不能超过 10 万

3、数据库采用 MySQL

4、必须使用 JAVA 语言

5、必须前后端分离

6、系统必须要无状态能支持横向扩展

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1、高可用

对于学生管理系统，不能让数据丢失，所以在存储层做一个主备近实时同步，保证数据有两份，一份数据丢失时，还有另一份可用的数据，同时在主宕机时，拉起从数据库，尽可能快速恢复，对外提供服务。

3.1.2 可观测

随着系统微服务化，拆出不同的子系统，同时各子系统又支持横向扩展，在这种情况下需要加强系统的可观测性，从三个方面：1、日志收集，将系统日志统一收集在一处，通过界面去查询，如 ELK。2、链路追踪，可跟踪每一次调用链，当出现问题时，通过请求能快速定位到是哪个子系统出问题，或者哪个子系统所关联的存储系统或第三方出现问题。3、度量，针对虚机的常规指标进行监控，如：硬盘、CPU、内存、网络吞吐等等。

3.2 总体架构

1、入口通过 Nginx 做负载均衡，分发到不同的子系统。

2、采用微服务架构，拆分不同的子系统：学生子系统、权限子系统、课程子系统。

3、各子系统设计成无状态，能横向扩展。

4、存储层使用 MySQL 数据库，MySQL 数据库使用主备模式。

4. 详细设计

4.1 关键设计

1、系统可扩展

根据业务特点将外包学生管理系统拆分成：学生子系统、权限子系统、课程子系统。

2、系统高可用

各子系统设计成无状态的，将子系统中有状态的数据转移给第三方系统，如 MySQL 中，子系统没有状态，可以很方便地进行横向扩展，避免系统单点，同时提高系统的吞吐。

3、存储高可用

每个子系统一个对应的数据库：学生子系统数据库、权限子系统数据库、课程子系统数据库，考虑到硬件成本问题，前期可将三个数据库放至两台物理服务器上，一台用于主数据库，一台用于备数据库。主从考虑异步复制，提升系统的可用性及响应时间。

4、系统高并发

考虑到学生管理系统对并发要求不是特别高，在应用层面考虑可横向扩展即可。

5、系统的可观测

日志收集，将系统日志统一收集在一处，通过界面去查询，如 ELK。当各子系统中的一些错误即可通过 Kibana 查询展示。

链路追踪，可跟踪每一次调用链，当出现问题时，通过请求能快速定位到是哪个子系统出问题，或者哪个子系统所关联的存储系统或第三方出现问题。

度量，针对虚机的常规指标进行监控，配置相应的阀值，当达到阀值时可触发报警邮件、微信或短信等第一时间通知运维人员进行相关处理。

6、安全性

从 PC 至 Nginx 负载均衡该通信链路使用通信通道加密，确保网络传输环境数据的安全。内网环境各子系统间的则没必要通信通道加密。

密码的存储尽可能避免明文存储，使用 密码+动态盐值 然后 SHA256 算法计算后存储密文。如果想防彩虹撞库这种，可以将哈希函数改为慢哈希函数，通过控制调用次数来防止暴力撞库。

4.3 设计规范

1、各子系统使用 Spring Boot 、Spring Cloud 组件开发。

2、网关使用 Spring Cloud Gateway。

3、配置注册中心使用 nacos。

4、对于定时任务使用 xxx-job。

5、各子系统间的调用根据实际业务需求满足：隔离、重试、幂等、超时、补偿、熔断、限流、降级使系统具备弹性。

6、MySQL 使用 Innodb 存储引擎。

7、针对通知使用 webSocket。

8、兜底策略：熔断、限流、降级使用 Sentinel。

9、日志收集系统 ELK。

10、链路追踪使用 Poinpoint。

11、度量系统使用 Prometheus。

5. 质量设计

5.1 可测试性

业务简单，开发人员容易上手，测试难度不大。

5.2 可维护性

技术都是使用市面比较流行通用的技术栈，开发人员能很快进入角色。

技术组件用得不复杂，而且子系统拆分不多，运维层工作量也不大。

5.3 可观测性

没有什么新的特殊组件，所以针对外包学生管理系统的日志收集、链路追踪及度量可纳入现有标准运维体系中。

5.4 成本

业务系统比较简单，研发人员实现成本低，测试投入也不会太高，运维相关可纳入现有运维体系，投入不高。

硬件成本：3 台服务器 + 2 台数据库。

6. 演进规划

6.1 外包学生管理系统一期

需要完成三个子系统：学生子系统、权限子系统、课程子系统。

需要完成系统的可观测性：日志收集、链路追踪、度量。

6.2 外包学生管理系统二期

着重去完善系统中的弹性能力：熔断、限流、降级。

完善测试的可观测性：可以从用户体验监控、业务监控、应用监控、中间件监控、基础平台监控各个维度去完善细化监控项。