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架构实战营模块三作业

作者:哈啰–J
  • 2022 年 5 月 04 日
  • 本文字数:2314 字

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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。

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