前言

本文是基于学生外包管理系统详细架构设计文档,用于从 0 到 1 构建学生管理系统,用于后续开发、测试、运维

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词汇表

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1. 业务背景

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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.开发周期三个月

2.成本控制 10 万元

3.使用 Java 语言

4.数据库使用 Mysql

5.系统数据不能丢失,需要做备份

6.供权限师生约 5000 人使用,一次性交付

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

• 服务高可用：

• 学生管理系统允许短时间宕机，如抢课期间宕机，重新安排时间进行抢课即可。

• 学生考试子系统高可用程度较高,考试关系到时间周期限制以及学生毕业情况

• 存储高可用：学生、教师、课程信息几乎全靠手动输入，如果全部丢失，补档十分麻烦。

综上，考试子系统高可用程度较高，存储服务器需要高可用设计，数据量不大，主备复制即可。

3.1.2 高性能

• 信息录入：教师、学生、课程信息主要靠手动录入，或从磁盘文件导入，没有高并发问题

• 用户数量：学校人数不会太多，同一时间使用系统的人数也不会多

• 抢课：可以通过分年级、分时间段抢课，降低并发

• 考试：考试子系统需要满足 4KQPS 试卷查询和成绩查询,需要将信息录入缓存减少数据库访问压力

综上，考试子系统需要具备 4KQPS 并发访问性能

3.1.3 可拓展

学生管理系统为一次性交付,无需太多考虑扩展性,在需求澄清时将所有功能列表清单对焦完毕,上线时将所有功能交付验收。后期 BUG 需要支持修复。

3.1.4 成本

学生管理系统成本需要控制在 10W 元以内，机房可以选用学校现有机房和机器，采用虚拟化部署，数据库最好在不同机房部署,最少也要在相同机房不同机架。

3.1.5 安全

学生管理系统需要做网络隔离,内网访问, 根据权限管理子系统将角色划分不同权限

3.2 总体架构

4. 详细设计

4.1 核心功能

学生子系统

1. 系统登录：此功能面向所有用户角色，根据用户角色权限不一，功能权限也不一样。

   账号分配：系统角色分为 学生、老师、管理员，系统默认分配管理员账号给学校相关人员

学生账号由系统生成，给定相应权限，可进行密码更改，无法对系统成绩评定等功能做出相应干涉。教师账号由管理者（教务）通过系统生成，教师有对学生成绩评定和试卷评定的权限，同时兼容学生权限。管理（教务）权限由系统固有账号，是系统 root 权限，对教师有分配管理权限，对数据有增加、修改、删除、查询权限。

1. 账号绑定：学生账号可通过第三方如：手机号码、微信等自行绑定，可实现账号自助找回等。

2. 信息查询：此项功能包含课程查询（含课程体系、课时安排、课表、教师、教材等）、成绩查询、文件查询。

课程子系统

1. 课程录入：由管理员对相应课程体系进行录入，供学生、教师进行在线选择。

   选课功能：学生可以在线对自己的课程体系进行选择，相对应的课程选择功能类比。

   排课功能：此功能根据学生选定的课程和教学体系安排，对相应教师、教室、时间进行统一规划安排。排课功能备选开发方向为在线排课和人工录入，在线排课是系统根据课程要设置课程的名称、课时、上课的班级、代课老师等信息，除此之外，还可以选填排课时的优选项，例如：上课时间有限上午等系统自动生成课程信息，管理员有权限对课程安排作出添加、删除、修改等判定。

   教材选择：此功能由教务统一管理，根据每门课程选定相应教材。

考试子系统

1. 通过考试子系统录入试卷信息,并根据考试时间延长 2 天同步至缓存,只要管理员或者被赋权的老师可以查看、修改试卷信息

2. 教师阅卷评分后将学生分数录入系统(数据库),并根据成绩公布时间延长 2 天同步至缓存

3. 每个学生根据权限子系统查询自己课程成绩,教师角色限定查询、修改(审核)自己课程学生所有成绩

权限子系统

1. 系统使用者有学生、教师、管理员。

   学生、教师可以注册、登录、修改自己的信息，但注册信息需要管理员审核通过。

   学生只能查看自己的成绩，教师可以修改学生的成绩。

2. 教师可以上传考试试题，学生可以做题。

4.2 关键设计

前后端分离：前后端使用 HTTP+JSON 进行交互

峰值流量：在考试前和成绩公布前,将考试信息和成绩信息同步到 Redis 缓存，避免峰值流量对数据库产生压力。

存储可靠性

数据存储在 MySQL 中，使用一主一备两台 MySQL 服务器，服务器之间使用命令复制方式同步数据，保证数据可靠性, 学生管理系统监控数据库异常,在每分钟请求量大于 10 个,异常量超过 20%进行告警。运维人员监控数据库主备延迟,超过 1 分钟进行告警监控.

4.3 设计规范

开发语言：Java

开发框架：SpringBoot2.x SpringCloud,Mybatis

连接协议：RPC

数据包格式：Json

数据库：Mysql Innodb 存储引擎, 主备结构,复制采用 Mysql 自带复制功能

前端：Vue

5. 质量设计

• 成本：采用开源方案，减少成本。如 Nginx Mysql

• 安全：主要为学校局域网内使用，主要考虑业务安全，做好权限控制,网络隔离。

• 可测试：业务稳定，功能简单，完善日志打印即可。

• 可维护、可观测：使用统一拦截器作为系统异常日志输出,业务异常时记录日志，日志规范为

时间，系统名称，业务功能，使用者，异常原因；

6. 演进规划

系统目标稳定运行 3 年,关注当下业务需求，一次性交付。