1. 业务背景

学生管理系统主要应用于学校学生信息管理，总体任务是实现学生信息管理的系统化、规范 化和自动化，其主要任务是管理学生相关信息，如学籍、课程、成绩、奖惩。

基于以上背景，我们需要从 0 到 1 的构建一个学生管理系统。

2. 约束和限制

1. 使用开源组件，软件部分零成本

2. 硬件成本不能超过 5000 元

3. 三人小团队

4. 必须在 2022.06.30 号前完成

3. 总体架构

学生系统为一个独立的系统，不与其他系统交互。

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

对于学生管理系统，

1. 要尽量保证学生的数据不丢失，只能容忍最多丢失 1%的学生数据。

2. 可以允许系统短时间（10 分钟）内暂停服务

综上所述，学生管理系统还是需要尽量保证系统的高可用性。

3.1.2 高性能

对于学生管理系统，

1. 学生人数不会很多，最多也就是万级别，

2. 以读写量峰值较大的选课场景来看，可以指定分散选课的规则，即每个年级分散到不同的时间段选课，QPS 和 TPS 峰值不高，分别为最多千级别和百级别。

综上所述，学生管理系统不用特意考虑高性能，只需在符合高可用要求以及现有资源的前提下，性能指标尽量做高即可。

3.1.3 可扩展

对于学生管理系统，需求固定，无需额外考虑可扩展性

3.1.4 安全

学生管理系统会部署在云上，云服务商会提供安全保障，无需额外考虑安全性

3.2 总体架构

1. 按照业务将系统拆分为三个子系统，分别为学生子系统、课程子系统和权限子系统

2. 子系统的前端通过 Nginx 进行任务分配，不同的任务请求转发到对应的子系统

3. 存储层使用 MySQL 的主从复制和主从切换，保证数据绝大多数情况不丢失

4. 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]

6. 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]