学生管理系统详细架构文档

前言

     本文是学生管理系统的详细架构设计文档，用于指导系统的后续开发、测试和运维。

词汇表

Nginx：一个高性能的 HTTP 和反向代理 web 服务器，同时也提供了 IMAP/POP3/SMTP 服务。

Mysql：开源关系型数据库

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。

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.   能够支撑管理 1000 个学生；

2.   成本不超过 100 万；

3. 总体架构

3.1 架构分析

1.   系统并发度分析

需求要求支持 1000 学生，则假设师生比为 1:20，则有教师用户 50 人，系统总用户数为 1050 人；

在线比例约为 5%~20%，则在线人数约为 50~200 人；

系统并发请求比例按照 10%-20%来计算，则系统并发请求 QPS 约为 5~40。

由此得知，系统并发压力较小；

2.   业务复杂度分析

业务需求比较复杂，且未来存在需求大量变动的可能性，需要保留一定的扩展性；

3.   数据复杂度分析

数据要求不能全部丢失，故需要对存储模块进行高可用设计；

3.2 总体架构

系统架构图如下：

系统主要分为三层：

l  第一层负载均衡和服务转发层，包含一台 nginx 服务器

l  第二层为应用层，分为学生子系统、课程子系统、权限子系统三个模块，各模块分别运行在一台独立服务器上；

l  第三层为存储层，包含一台主 MySQL 和一台备 MySQL，主备数据复制；

客户端将服务请求发生至 Nginx 服务器；

Nginx 将服务请求分发至各应用服务器；

学生子系统、课程子系统、权限子系统三台应用服务器连接存储层，进行数据的读写操作；

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；主服务器宕机的情况下，备服务器对外提供消息读取的服务。

4. 详细设计

4.1 核心功能

客户端发送访问请求至 Nginx 服务器。

Nginx 服务器将请求转发至学生子系统或课程子系统；

如该请求需要权限认证，则学生子系统和课程子系统将访问权限子系统，进行鉴权操作；通过后访问存储模块，之后将结果返回给客户端；

4.2 关键设计

1.     数据存储可靠性

数据存储在 MySQL 中，包括一主一备两台 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。

2.     应用系统设计

     应用系统拆分为三个子系统，以提升整体性能和可用性；降低单台服务器发生故障后的不良影响；

4.3 设计规范

1.   学生子系统、课程子系统、权限子系统采用 java 语音编写，使用 springboot 框架，使用 JDBC 连接数据库；

2.   Mysql 使用 Innodb 存储引擎；

5. 质量设计

l  Ngxin 服务转发层

Nginx 业界应用广泛，其可测试性、可维护性、可观测性良好，成本低廉；

l  应用层

学生子系统、课程子系统、权限子系统采用 java 编写，使用 springboot 框架，业界应用广泛，其可测试性、可维护性、可观测性良好，开发成本较低；

l  存储层

Mysql 为业界广泛使用的开源关系型数据库，可测试性、可维护性、可观测性良好，开发成本较低；

6. 演进规划

近期规划：

1.   采用外购 CDN 服务的方式来提升静态信息的访问速度；

中远期规划：

1.   采用应用服务器集群的方式，提升应用服务性能；

2.   考虑到诸如抢课等特殊高并发场景，引入 Redis 服务器，降低对数据库的压力；