前言

本文是学生管理系统的详细架构设计文档，用于指导该系统的开发、测试和维护。

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。

为此，需要有工具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化地管理、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。

故引入学生管理系统，旨在提高学生管理的管理水平，优化资源，尽可能降低管理成本。

2. 约束和限制

1. 在 2023.3.31 前交付。

2. 项目造价不能高于 100000 元，每月运维成本不能高于 5000 元。

3. 系统数据需要至少有冷备，系统宕机数据不能丢失。

4. 要支撑 10000 个在校学生使用，1000 个学生的并发抢课。

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1 可扩展

根据预测认为学生管理系统业务基本不会发生大的变化，各角色间权限设计相对比较稳定，学生、课程两个业务模块基本只存在相关信息增删改查的变化，所以将系统内部封装成权限、学生、课程三个模块，分别支撑以下功能：

• 权限：登录管理，权限管理，拒绝非法访问

• 学生：学生信息查询、修改，成绩查询

• 课程：课程信息录入、查询；学生选课、教务排课、教材选择

3.1.2 高可用

该系统部署在学校机房，通过校园网连接。

主要保证数据高可用，学生、课程数据不能丢失，宕机后要可以在一天内恢复访问，所以需要设计主从数据库，故障后手动恢复数据即可。

3.1.3 高并发

从需求得知需要支撑共 10000 名在校学生的使用，1000 名学生的并发访问抢课，根据分析认为 Nginx 可以支撑该量级的访问，同时各模块也足够支撑该量级的访问，不存在性能问题。

3.2 总体架构

1. 系统采用 Nginx 实现负载均衡，分发请求到相关的服务

2. 系统按照功能拆分为学生、课程、权限三个子服务

3. 使用 MySQL 进行数据的存取，主数据库负责日常数据读写，实时同步数据到备数据库；当主数据库故障时，切换主备数据库，备数据库对外提供数据读写并同步到主数据库。

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 登录 &鉴权功能

使用 JWT 进行鉴权。

登录成功后权限服务返回按照指定规则生成的 JWT。

后续客户端直接在请求头中携带 JWT，功能模块自行验证 JWT 有效性。

4.2 学生选课

学生选课分为课程状态查询、选课申请两个功能。

4.3 ...

4.2 关键设计

4.2.1 学生选课高并发

由于实际业务中，会向同一批学生开放一个时间窗口进行选课，经常性有抢课的情况，对于服务的查询并发压力较大。

选课业务中，同一批学生的课程基本是相同的，鉴于此情况，可以在 SQL 之上设计一层本地缓存以提升系统吞吐量。

4.2.2 存储可扩展

由于学生、课程、考试数量会随着使用不断递增，为了优化查询写入性能，数据库的设计可以按照学生的学年，课程、考试创建日期等进行水平分表。

4.3 设计规范

开发框架：使用 Spring boot 进行业务模块开发

交互协议：业务服务以 Restful API 的形式向客户端提供功能访问

数据格式：JSON，标准如下

{    code: 0,    message: 'success',    data: {        key1: 'value1',        key2: 'value2'		}}

5. 质量设计

5.1 可测试性

单元测试：模块业务较简单，暂不设计单元测试。

API 测试、压力测试：使用 jmeter 进行接口测试、压力测试。

5.2 可维护性

功能降级：高负载情况下，支持降级非必要功能，如图片加载、信息修改等。

5.3 可观测性

日志系统：通过日志跟踪请求相应情况和内部模块间调用情况。

支持服务负载、存储负载监控，负载持续较高时触发维护告警信息。

5.4 安全性

为防止有学生选课时进行脚本刷课，造成大量不必要的请求导致业务故障，在模块中添加限制访问频次的中间件，频繁请求直接拒绝。

6. 演进规划

外包项目，一次性交付，暂无演进规划。