学生管理系统详细架构文档练习

前言

本文对学生管理系统的系统架构进行总体描述，为后续研发人员开发系统、测试人员测试系统、实施人员部署系统等工作提供依据和指导。

词汇表

Vue：用于构建用户界面的渐进式框架

Nginx：高性能的 HTTP 和反向代理 web 服务器

Spring Boot：简化 Spring 应用的搭建和开发过程

Spring Cloud：开源微服务解决方案框架

MySQL：轻量级关系型数据库管理系统

1. 业务背景

随着学校规模不断扩大，学生数量增加，需处理信息量越来越大，以下问题日益凸显：

       –占用大量教师资源，处理效率低下

–资源利用率差，管理水平低，管理成本高

–不方便进行数据修改、统计查询

为提高日常管理工作效率，进行规范化管理，提高信息统计准确度，需要能满足现在学生管理需求的学生管理系统。此系统应该达到以下目标：

–实现学生信息关系的系统化、规范化、自动化（量级：10W）

–能对学生各类信息进行日常管理，如：查询、修改、增加、删除学生选课、成绩等功能

2. 约束和限制

–系统必须在 2022 年 3 月份前上线

–成本不能超过 100 万

–数据库必须使用 MySQL

–成本不能超过 100 万

–必须采用前后端分离的开发方式

–服务器必须采用 Linux 系统（centos 7.0 及以上）

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

       计算高可用：学生管理系统虽然不是学校的核心业务系统，几个小时的宕机不会对学校的秩序造成特别坏的影响，但为了提高系统持续可用时间，采用微服务实现子系统，以便后期可以集群部署。

       存储高可用：学生管理系统虽然不是学校的核心业务系统，但数据的丢失对学校秩序的影响比较大，故数据必须进行备份。

3.1.2 高性能

       优先采用任务分解方案，将业务拆分成不同的业务子系统实现，不同业务子系统部署到不同的业务服务器上，通过 Nginx 来进行反向代理。

       同时预留任务分配方案，当业务服务器出现性能瓶颈的时候，通过增加同类型业务服务器节点来提升系统整体性能。

3.1.3 可扩展

       预计未来两年内会有新的业务需求出现，为此需要对系统进行拆分，对可预测到的需求进行隔离，不至对系统整体带来影响，造成系统不稳定。

3.2 总体架构

鉴于以上架构分析，结合实际业务，将系统划分为：学生子系统、课程子系统、权限子系统等；采用 Nginx 进行反向代理；数据存储采用 MySQL 的主备架构，得到总体架构图如下：

1）各子系统独立部署在不同的服务器上，可以是物理机也可以是虚拟机；

2）通过 Nginx 进行反向代理将各个请求分发到对应的子系统业务处理服务器；

3）数据库包含一台主 MySQL 和一台备 MySQL，正常情况下，主服务器对外提供写入和读取服务，备服务器不对外提供服务；

4）主服务器宕机的情况下，备服务器对外提供读取服务；

5）客户端采取轮询的策略写入和读取数据；

6）前端资源部署在 Nginx 服务器上。

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 学生选课

注：此处仅以学生选课场景为例。

4.2 关键设计

1）系统拆分

       通过将学生管理系统拆分为学生子系统、课程子系统、权限子系统等，降低系统整体的耦合度，降低单个系统业务逻辑处理复杂性，让业务流程的处理更清晰、更合理，提高系统的可理解性和可维护性。

2）消息存储

数据库包含一台主 MySQL 和一台备 MySQL，正常情况下，主服务器对外提供写入和读取服务，备服务器不对外提供服务；主服务器宕机的情况下，备服务器对外提供读取服务。这样既满足正常业务处理需求，也可以满足数据安全需求，不会丢失数据。

4.3 设计规范

1）接口设计至少要达到 Restful2 级成熟度

2）前后端采用 json 格式传递数据

3）Vue 版本：2.6.9

4）Nginx 版本：1.18；Nginx 采用轮询

5）Java JDK 版本：java 8

6）Spring Boot 版本：2.2.1

7）Spring Cloud 版本：Hoxton.SR6

8）MySQL：采用 5.7 版本， 使用 Innodb 存储引擎；主备之间的复制采用数据复制

9）子系统之间的调用响应时间要控制在 50ms 以内

10）Maven 版本：3.5.2

5. 质量设计

5.1 可测试性

       接口测试：1、swagger 接口；2、postman；

业务测试：专门的测试环境，直接在测试环境下进行操作。

配置测试：通过修改配置文件里面的参数，测试程序运行是否正常。

5.2 可维护性

       通过日志分析问题原因，定位问题。

       通过分析 MySql 数据状态，定位问题。

5.3 可观测性

       本系统提供统一日志输出，各子系统内以及系统间的调用都会有相应的日志（包含执行时间、业务调用方、被调用方、传入参数、传出参数），记录业务执行过程；系统出现错误时，也会记录相应错误日志。

       通过 Linux 系统本身的 htop、glances 等工具检测服务器的运行情况。

       暂时不提供专门的运维平台和管理平台。

5.4 成本

       部署本架构共需一台 Nginx 服务器、三台业务服务器、两台数据服务器，共六台服务器，加上软件开发成本，可以在预算内完成系统上线。

6. 演进规划

6.1 学生管理系统一期

       优先学生子系统、课程子系统等核心业务模块的开发，权限模块采用数据库脚本设定的方式。

6.2 学生管理系统二期

       实现权限模块、系统管理平台，完善服务注册、服务发现、网关等非核心业务模块。