前言

本文是学生管理系统详细架构设计文档，用于指导系统的开发、测试和运维。

词汇表

Java：面向对象编程语言

MySQL：数据库

Nginx：反向代理负载均衡服务器

JSON：数据交互格式

http Restful：一种 http 交互协议

Spring Boot: MVC 框架，支持快速开发

1. 业务背景

XX 学校需要一套满足在校 2 万学生用户日常管理系统，以便更好地管理学生、课程等信息提高原来低效地表格管理，同时提供在线选课系统的能力。

2. 约束和限制

1、项目必须在 2021.10.30 号完成

2、成本不能超过 50 万

3、必须满足 1000QPS 要求

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

将系统进行拆分成 3 个子系统，然后每个子系统单独部署 2 台以上的集群，通过 nginx 进行负载均衡。

确保单台机器宕机也不会影响业务，另外将系统拆分成子系统，单个子系统故障不会影响其他子系统，将影响范围缩小，做到一定的隔离效果。

3.1.2 高性能

学生管理系统对性能要求一般

3.1.3 可扩展

要求不高，一次性项目

3.1.4 安全

学校对学生及课程数据安全要求比较高，故这里采用主从备份防止数据丢失

3.1.5 可维护性

系统整体划分比较简单，采用流行的 java 语言，数据库采用 mysql,负载均衡采用 nginx 配置简单。

问题排查起来也比较方便定位。

3.2 总体架构

1）采用简单的分布式集群架构，将系统拆分为 3 个子系统，同时每个子系统单独部署成为一个小集群

2）访问前置配置 nginx 按照请求路径进行负载均衡转发至 3 个子系统

3）数据库包括一台主 mysql 和备机一台，主备之间通过复制方式进行备份，备库正常情况下不提供对方的服务，主机宕机之后，需要手工切换到从库;

4）使用工具将数据库每个一天定时导出文件作为物理备份。

4. 详细设计

[必选，描述核心场景或者流程的实现机制]

4.1 核心功能

[必选，描述核心场景或者流程的实现机制，对应 4R 架构中的 Rule，每个核心场景一个小节]

[样例：

4.1.1 消息发送流程

4.1.2 消息消费流程

]

[技巧：使用系统序列图来描述 Rule，跟项目开发中写设计文档一样的写法]

4.2 关键设计

[必选，描述系统的一些关键设计点是如何实现和取舍的]

[样例（如果你有兴趣，可以对比一下 kafka 的文档：Kafka design）：

1）消息发送可靠性

业务服务器中嵌入消息队列系统提供的 SDK，SDK 支持轮询发送消息，当某个分组的主服务器无法发送消息时，SDK 挑选下一个分组主服务器重发消息，依次尝试所有主服务器直到发送成功；如果全部主服务器都无法发送，SDK 可以缓存消息，也可以直接丢弃消息，具体策略可以在启动 SDK 的时候通过配置指定。

如果 SDK 缓存了一些消息未发送，此时恰好业务服务器又重启，则所有缓存的消息将永久丢失，这种情况 SDK 不做处理，业务方需要针对某些非常关键的消息自己实现永久存储的功能。

2）消息存储可靠性

消息存储在 MySQL 中，每个分组有一主一备两台 MySQL 服务器，MySQL 服务器之间复制消息以保证消息存储高可用。如果主备间出现复制延迟，恰好此时 MySQL 主服务器宕机导致数据无法恢复，则部分消息会永久丢失，这种情况不做针对性设计，DBA 需要对主备间的复制延迟进行监控，当复制延迟超过 30 秒的时候需要及时告警并进行处理。

3）消息如何存储

每个消息队列对应一个 MySQL 表，消息队列名就是表名，表结构设计为……(此处请自行补充）

]

[技巧：常见的关键设计点包括高性能、高可用、可扩展、安全等]

4.3 设计规范

1）采用 Spring Boot 开发

2）数据交互格式采用 json

3）采用 http restful 协议

4）mysql 采用 inndb 存储引擎，以便支持事务

5. 质量设计

可测试性：内置一个测试账号，方便测试人员进行操作，测试数据不影响业务数据。

可维护性：采用流行普遍的技术方案，java,springboot,nginx,mysql 等技术

可观测性：增加系统管理后台，并且将控制台输出日志信息进行每日归档

成本：mysql 使用主从，各子系统部署 2 台机器，nginx 部署一台

6. 演进规划

6.1 一期

6.2 二期

将 nginx 进行高可用部署，采用 keepalive

将 mysql 进行 HPA 设计，通过引入虚拟 ip 方式，做到无感知 mysql 主从切换