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千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

作者:CityAnimal
  • 2022 年 5 月 01 日
  • 本文字数:1918 字

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前言


本文是学生管理系统的考试试卷存储详细架构设计文档,用于指导考试试卷存储后续的开发、测试和运维。


修订历史

词汇表

Reactor: 网络编程模式

Netty: 开源的网络编程框架


1. 业务背景

考试试卷数据存储系统为千万级学生管理系统中的重要模块

2. 约束和限制

1.必须在 2021.06.30 号完成

2.成本不能超过 1000 万

3.数据库采用 Oracle

4.质量标准符合 ISO9001-XXXX 标准

3. 总体架构


[必选,描述经过备选架构决策后定下来的架构方案,这一章主要是描述架构的 3R:Rank、Role、Relation]


[技巧:1. 系统边界白盒图描述系统内的角色与外界的交互(Rank + Role + 外部 Relation);2. 系统架构图来描述内部的 Role + 内部 Relation]


[注意:不建议一张图同时描述系统架构的 3R 以及与外界的交互,因为图太复杂,画系统边界白盒图的时候,系统内部的 Relation 可以不画]


3.1 架构分析


[可选,这部分主要是架构复杂度的分析,基本上从备选架构文档中提炼关键内容过来即可]


[样例:


3.1.1 高可用


对于微博子系统来说,如果消息丢了,导致没有审核,然后触犯了国家法律法规,则是非常严重的事情;对于等级子系统来说,如果用户达到相应等级后,系统没有给他奖品和专属服务,则 VIP 用户会很不满意,导致用户流失从而损失收入,虽然也比较关键,但没有审核子系统丢消息那么严重。


综合来看,消息队列需要高可用性,包括消息写入、消息存储、消息读取都需要保证高可用性。


]


[技巧:常见的复杂度都要覆盖到,即使分析后不涉及也要描述,避免评审的时候被人认为遗漏了关键点]


3.2 总体架构


[必选,描述总体架构设计]


[样例:此处省略架构图,文字描述样例:


1)采用数据分散集群的架构,集群中的服务器进行分组,每个分组存储一部分消息数据。


2)每个分组包含一台主 MySQL 和一台备 MySQL,分组内主备数据复制,分组间数据不同步。


3)正常情况下,分组内的主服务器对外提供消息写入和消息读取服务,备服务器不对外提供服务;主服务 4)器宕机的情况下,备服务器对外提供消息读取的服务。


5)客户端采取轮询的策略写入和读取消息。


]


[技巧:


1.用系统架构图来描述架构,如果是前端或者客户端,用前端架构图或客户端架构图来描述架构


2.基于架构图中的内容,使用文字描述 Role、Relation 的基本内容,文档目录可以自由调整


]


  1. 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


[必选,描述 Role 和 Relation 相关的开发框架、连接协议、数据包格式等]


[样例:


1)消息队列服务器使用 Spring Boot + Netty 开发


2)MySQL 使用 Innodb 存储引擎


3)TCP 包的结构设计……(此处省略,请自行补充)


]


[技巧:如果某个规范涉及内容比较多,请独立章节描述,例如数据包格式定义]5. 质量设计


[必选,描述和质量相关的设计,包括:可测试性、可维护性、可观测性、成本等设计]


[样例:


5.1 消息队列管理后台


5.2 成本


]


[技巧:如果某个维度不涉及,也请在文档中说明,避免评审的时候被认为考虑不周全]


  1. 演进规划


[必选,可以是演进规划,也可以是项目计划,需要描述每个里程碑或者版本具体要实现的能力]


[样例:


6.1 消息队列一期


6.2 消息队列二期


]


[技巧:开发阶段快速迭代,小步快跑,但要基本完善后才能正式推出给其他人用]

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