架构实战营 模块三作业
前言
本文是學生管理系統業務架構設計文檔，用於指導子系統開發、測試，與網關、數據庫維運。
詞彙表
nginx: 負責反向代理請求到各個子系統
springboot: 入門檻低且強大的 web 應用服務搭建的框架
RESTful: 一種 http request 的設計風格
actuator: springboot 提供的套件，幫助監控管理應用程式。
1. 業務背景
隨著學校規模不斷擴大，學生數量增加，需要處理的信息也日趨增大，手動維護這些信息不僅增加教師工作量，效率也很低，因此帶來幾個明顯的系統問題:
學生信息量大，修改不便。
對一系列數據分析花費時間長
缺乏系統化、規範化、自動化的管理
基於以上背景，我們需要根據業務需求進行合適的子系統切分，以提升整體的管理效率。
2. 約束和限制
反向代理採用 nginx
數據庫採用 MySQL
至少能支撐 1 萬名的學生信息管理
所有數據不可丟
3. 總體架構
3.1 架構分析
3.1.1 可擴展
將學生管理系統拆成三個子系統，當學生子系統或課程子系統故障時，不會互相影響，未來若要擴充業務，也能較容易的新增子系統去支持新業務。
當特定子系統的請求數量大到單一個服務器無法支撐時，也可以用冗余的方式增加單一子系統的實體，以支撐更大量的請求
3.1.2 高性能
目前需求只需要支撐 1 萬名學生管理，除了選課期間與期末評分，平時同時上線使用的人應該不多，所以不需要要求非常高的性能，若是選課期間請求量大增，可以透過臨時增加相關子系統的服務器台支援暫時的大量請求。
3.1.3 高可用
校方要求數據絕對不可丟，所以透過主備機制儲存學生管理系統相關數據，即使一台數據庫故障，還是可以從另一台數據庫做復原。
3.1.4 成本
基本需要六台服務器，nginx 一台，三個子系統各一台，數據庫主備共兩台。
3.1.5 安全
權限管理子系統與數據庫必須保證帳號密碼有一定強度的加密保護，不容易被破解，進而修改或獲得學生信息、破壞系統。
3.2 總體架構
4. 詳細架構
4.1 核心功能
名詞說明: 授權信息 為登入成功後，權限子系統返回給客戶端，以便操作其他系同時，作為判別是否授權的信息。
4.1.1 系統登入
4.1.2 權限控管
依用戶角色提供對應的權限功能
以學生子系統為例，此流程也直接套用至課程子系統。
4.1.3 選課
4.1.4 統計課程成績
4.2 關鍵設計
4.2.1 數據存儲高可用
使用主備兩台數據庫服務器，數據複製採用同步複製的方式，只有在兩台數據庫服務器都寫成功時才會返回成功，這樣可以保證數據有兩份，當一台故障時，還能從另一台復原。
4.2.2 系統可擴展
依核心業務將學生管理系統拆分為學生子系統、課程子系統、權限子系統，未來若有新的業務，可以很容易的新增一個子系統，並融入現有架構。
4.3 設計規範
子系統採用 springboot 框架開發
子系統導入 springboot actuator 以便運維監控應用
子系統間用 RESTful API 溝通，數據傳輸格式為 JSON。
單一帳號不允許同時多人登入
MySQL 使用 InnoDB 儲存引擎
5. 質量設計
5.1 可測試性
業務功能皆以 RESTful API 實現，透過 Postman 或 RESTful client 即可測試。
5.2 可維護性
開放 jmx 連接，並提供相關 operation，以應付系統特殊狀況可做關鍵狀態的修改。
5.3 可觀測性
使用 springboot actuator 提供接口查看系統關鍵設定與狀態
5.3 成本
團隊都熟悉 Springboot 跟 MySQL，迭代開發可按業務優先級順序進行。
硬件最小需要 6 台服務器，未來在依上線運行狀況擴容。
未使用到付費產品，所以不需要額外授權經費。
5.4 安全
帳號密碼能阻擋暴力破解的攻擊
數據庫儲存的密碼與學生重要信息不為明碼
6. 演進規劃
6.1 學生管理系統一期
6.1.1 權限控制
所有的用戶帳號與權限只能由開發團隊手動建置到數據庫中
學生按實際組織管理層級劃分
6.1.2 學生管理
透過登入系統的帳號不同，而獲得不同的權限。
能夠查詢課程信息
6.1.3 課程管理
提供管理者課程錄入、選擇教材
提供學生選課、排課
6.2 學生管理系統二期
6.2.1 權限控制
提供介面設置，讓管理者可以生成教師帳號並分配管理權限。
6.2.2 學生管理
提供作業、課堂筆記的文件上傳/下載
提供學生帳號綁定，以便實現帳號自助找回。
6.2.3 考試管理
提供自動試卷區域分割
提供教師評分功能