一、需求分析

1、項(xiàng)目背景

由于選課時(shí)間集中, 在同一時(shí)間進(jìn)入系統(tǒng)搶占有限的資源, 導(dǎo)致系統(tǒng)服務(wù)響應(yīng)速度明顯下降, 嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐煞?wù)器崩潰。這種問(wèn)題在目前實(shí)行學(xué)分制的國(guó)內(nèi)高校中普遍存在。當(dāng)系統(tǒng)軟件不具備高并發(fā)性時(shí)，就無(wú)法順暢承接超大流量，當(dāng)請(qǐng)求過(guò)多，系統(tǒng)就會(huì)直接崩潰。

2、項(xiàng)目目標(biāo)

本小組致力于針對(duì)原有選課系統(tǒng)的缺點(diǎn)，利用高并發(fā)技術(shù)的方法論以及設(shè)計(jì)原則，結(jié)合業(yè)務(wù)本身進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)面臨的流量沖擊。從網(wǎng)絡(luò)、架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)等多方面進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，從而降低系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)吞吐量，為學(xué)生提供一個(gè)高可用的選課系統(tǒng)，以達(dá)到系統(tǒng)能夠在高并發(fā)下平穩(wěn)處理大流量且自身依然運(yùn)行良好的目的，讓學(xué)生不再受系統(tǒng)崩潰所困擾。

二、系統(tǒng)功能分析

1、多角色劃分

1. **普通用戶（學(xué)生）：**登錄注銷、查看全校課程、查看方案內(nèi)課程以及推薦班選課，選課退課、查看選課退課日志、查看課表
2. **普通管理員：**學(xué)院、系、專業(yè)、班級(jí)管理，學(xué)生管理、課程管理、通知管理、選課輪次管理、課程緊急設(shè)置
3. **超級(jí)管理員：**進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，查看系統(tǒng)日志，對(duì)普通管理員用戶進(jìn)行設(shè)置

2、模塊功能詳述

1. 選課模塊
   • **登錄注銷：**學(xué)生可以通過(guò)學(xué)號(hào)和密碼登入系統(tǒng)，登錄后會(huì)保持一天的登入狀態(tài)，登錄憑證過(guò)期后再進(jìn)行操作則會(huì)重新跳轉(zhuǎn)至登錄頁(yè)面。也可以通過(guò)注銷功能退出當(dāng)前用戶的登錄
   • **查看全校課程：**學(xué)生進(jìn)入選課系統(tǒng)后可以查看與搜索全校開(kāi)設(shè)的課程班?？梢酝ㄟ^(guò)是否必修、是否通識(shí)課、課程學(xué)分等條件進(jìn)行課程篩選，也可以進(jìn)行課程搜索。同時(shí)會(huì)根據(jù)學(xué)生已選課程顯示課程是否出現(xiàn)時(shí)間沖突
   • **查看方案內(nèi)課程：**學(xué)生可以查看自己所在班級(jí)的方案內(nèi)課程，以及當(dāng)前學(xué)期的推薦班選課。學(xué)生同樣可以通過(guò)各種條件進(jìn)行篩選和搜索，方便查找目的課程
   • **選課退課：**學(xué)生可以對(duì)顯示的課程進(jìn)行選課，該操作會(huì)判斷學(xué)生學(xué)分是否足夠、課程是否沖突、是否已完成先修課程的學(xué)習(xí)以及課程容量充足等一系列條件。對(duì)于通識(shí)課程，如果當(dāng)前處于第一輪次選課，則會(huì)允許選擇人數(shù)超過(guò)課程容量，后臺(tái)會(huì)在之后篩選
   • **選課日志查詢：**學(xué)生可以查看當(dāng)前學(xué)期自己已經(jīng)選擇的課程，會(huì)分為通識(shí)選修課以及其他課程。同時(shí)也可以查看當(dāng)前學(xué)期的退選日志，推選日志包括自己退選和系統(tǒng)退選
2. 管理模塊
   • **選課輪次管理：**新增選課輪次、查看選課輪次、刪除選課輪次
   • **班級(jí)管理：**院系專業(yè)、班級(jí)和方案內(nèi)課程的增刪改查
   • **課程管理：**課程依賴、課程以及課程班的增刪改查
   • **緊急設(shè)置：**新增課程僅開(kāi)放給某個(gè)班級(jí)、年級(jí)
   • **通知管理：**發(fā)布點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通知以及群體公告
   • **查看系統(tǒng)日志：**查看前臺(tái)學(xué)生的操作日志以及后臺(tái)管理員的操作日志，可以通過(guò)學(xué)號(hào)、管理員編號(hào)以及是否請(qǐng)求異常和請(qǐng)求時(shí)間進(jìn)行篩選
   • **修改系統(tǒng)設(shè)置：**新增和刪除用戶黑名單、設(shè)置IP地址攔截、修改用戶每分鐘的請(qǐng)求次數(shù)限制
   • **管理普通管理員：**可以新增管理員和刪除管理員，允許修改管理員的信息和將普通管理員提權(quán)為超級(jí)管理員

三、系統(tǒng)架構(gòu)

1、技術(shù)選型

• 前端
  • Vue3 + Vue-Router + Vuex
  • Node.js + JavaScript + ElementUI
  • Axios + WebSocket
• 后端
  • Maven + SpringBoot
  • MySQL + ShradingJDBC + Druid + Redis：數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)中間件
  • RabbitMQ： 消息隊(duì)列
• 運(yùn)維
  • 阿里云服務(wù)器 * 3，域名 * 1
  • Docker
  • Nginx

2、系統(tǒng)分析

選課系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.業(yè)務(wù)特點(diǎn)：在選課開(kāi)始之前，流量一直是很平穩(wěn)的狀態(tài)；當(dāng)選課剛剛開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)流量呈直線突增；在選課活動(dòng)開(kāi)始一段時(shí)間或結(jié)束之后，流量又會(huì)急速下落。

2.技術(shù)特點(diǎn)：

- 瞬時(shí)并發(fā)量高。因?yàn)檎n程容量限制的特性，決定了一旦開(kāi)始“搶課”，熱門(mén)的課程就會(huì)出現(xiàn)流量洪峰。

- 并發(fā)讀寫(xiě)。讀比寫(xiě)要多，屬于多讀寫(xiě)少的場(chǎng)景。課程查詢頁(yè)訪問(wèn)大，但是真正選課成功的不多，即查詢的流量要遠(yuǎn)大于扣減容量的流量。

對(duì)以上系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，得到以下設(shè)計(jì)原則：

1. 數(shù)據(jù)應(yīng)盡量少
   • 用戶請(qǐng)求時(shí)發(fā)送請(qǐng)求所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和服務(wù)端響應(yīng)請(qǐng)求所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)該盡可能的少，消息體太大在網(wǎng)絡(luò)中傳輸會(huì)影響效率。此外數(shù)據(jù)再服務(wù)端的各種解析，如JSON序列化與反序列化等操作都會(huì)消耗CPU資源，所以減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以提高CPU使用率
2. 避免單節(jié)點(diǎn)
   • 單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)意味著而系統(tǒng)的不穩(wěn)定性較高，可能會(huì)出現(xiàn)不可用的情況。設(shè)計(jì)時(shí)必須保證系統(tǒng)的高可用
3. 利用負(fù)載均衡分散流量

3、架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于Spring、SpringMVC、Mybatis框架，采用MVC開(kāi)發(fā)模式，將系統(tǒng)分為模型層、視圖層、控制層三層。模型層Model主要負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)邏輯以及數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，視圖層View主要負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)和提交數(shù)據(jù)，控制層Controller主要是用作輔助捕獲請(qǐng)求并控制請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)。

• SpringMVC：作為View層的實(shí)現(xiàn)者，接收用戶的請(qǐng)求。SpringMVC的Controller作為整個(gè)應(yīng)用的控制器，完成用戶請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)及用戶的響應(yīng)。
• MyBatis：作為Model層的實(shí)現(xiàn)者，主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的增刪改查。
• Spring：作為依賴注入和控制反轉(zhuǎn)的框架，主要用于控制Bean的注入和管理Bean的生命周期。

同時(shí)從業(yè)務(wù)邏輯上來(lái)看，系統(tǒng)按照三層架構(gòu)進(jìn)行軟件包的歸類，分為控制層Controller、業(yè)務(wù)層Service和持久層Dao，讓架構(gòu)更加清晰。

• Controller層負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)模塊流程的控制，在此層面要調(diào)用Service層的接口來(lái)控制業(yè)務(wù)流程，控制的配置也同樣是在Spring的配置文件里面進(jìn)行，針對(duì)具體的業(yè)務(wù)流程，會(huì)有不同的控制器，我們具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中可以將流程進(jìn)行抽象歸納，設(shè)計(jì)出可以重復(fù)利用的子單元流程模塊，這樣不僅可以使程序結(jié)構(gòu)變得清晰，和大大減少了代碼量。
• Service層主要設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)模塊的邏輯應(yīng)用設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)接口，再設(shè)計(jì)其實(shí)現(xiàn)類。接著再在Spring的配置文件中配置其實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)。這樣我們就可以在應(yīng)用中調(diào)用Service接口來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。Service層的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，具體要調(diào)用到已定義的DAO層接口。封裝Service層的業(yè)務(wù)邏輯有利于通用的業(yè)務(wù)邏輯的獨(dú)立性和重復(fù)利用性，程序顯得非常簡(jiǎn)潔。
• DAO層的設(shè)計(jì)首先是設(shè)計(jì)DAO的接口。然后在Spring的配置文件中定義此接口的實(shí)現(xiàn)類。然后就可以在模塊中調(diào)用此接口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理，而不用關(guān)心此接口的具體實(shí)現(xiàn)類是哪個(gè)類，顯示結(jié)構(gòu)非常清晰。DAO層的數(shù)據(jù)源配置，以及有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)連接的參數(shù)都是在Spring的配置文件中進(jìn)行配置。

包結(jié)構(gòu)大致如下：

problem-provider
|--annotation               # 自定義注解
|--aop                      # 切面類 —— SpringAOP的應(yīng)用
|--common                   # 通用類
|  |--config                # 配置類
|  |--constant              # 常量類
|  |--enums                 # 枚舉類
|  |--util                  # 工具類
|--controller               # 控制層 —— Controller層的體現(xiàn)
|--dto                      # 數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象
|--entity                   # 實(shí)體類 —— MyBatis中實(shí)體類的定義
|--event                    # 事件   —— 觀察者設(shè)計(jì)模式
|--filter                   # 過(guò)濾器 —— SpringMVC實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求的攔截過(guò)濾
|--handle                   # 處理器
|--listener                 # 監(jiān)聽(tīng)器
|--mapper                   # 持久層 —— dao層的體現(xiàn)
|--service                  # 業(yè)務(wù)層 —— 接口設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)
|  |--impl                  # 實(shí)現(xiàn)類 —— Service層的體現(xiàn)

同時(shí)本系統(tǒng)通過(guò)SpringBoot對(duì)SSM進(jìn)行整合，約定大于配置，避免了定義大量配置文件的繁瑣，也一定程度的解決版本依賴沖突等問(wèn)題。只需要在資源目錄下配置application.yml文件配置數(shù)據(jù)庫(kù)，redis，rabbitmq等服務(wù)的連接信息以及mapper文件即可。

4、系統(tǒng)演變

1. 第一階段——單體應(yīng)用架構(gòu)：只需要一個(gè)應(yīng)用，將所有功能代碼部署在一起
   • 項(xiàng)目模塊之間緊密耦合，單點(diǎn)容錯(cuò)率低
   • 無(wú)法對(duì)不同模塊進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化和水平擴(kuò)展
2. 第二階段——垂直應(yīng)用架構(gòu)：將原來(lái)的一個(gè)應(yīng)用拆成選課系統(tǒng)與后臺(tái)管理分開(kāi)
   • 系統(tǒng)拆分實(shí)現(xiàn)了流量分擔(dān)，優(yōu)化了并發(fā)問(wèn)題，可以針對(duì)不同模塊進(jìn)行優(yōu)化和水平擴(kuò)展
   • 如選課系統(tǒng)訪問(wèn)量增大則可以之提升其對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)，而無(wú)需將性能提升浪費(fèi)在后臺(tái)管理上
3. 第三階段——集群部署
   • 選課系統(tǒng)典型的初始架構(gòu)為“瀏覽器——單WEB服務(wù)器——單數(shù)據(jù)庫(kù)”模式
   • 隨著用戶并發(fā)訪問(wèn)量的增加，通常 WEB服務(wù)器首先出現(xiàn)服務(wù)瓶頸，因此首先要著手對(duì)WEB站點(diǎn)層進(jìn)行水平擴(kuò)展

水平擴(kuò)展有多種方式，由于DNS不會(huì)感知到具體WEB站點(diǎn)的可用性，當(dāng)某個(gè)WEB站點(diǎn)服務(wù)故障（如網(wǎng)絡(luò)中斷、系統(tǒng)崩潰等），用戶對(duì)這個(gè)站點(diǎn)的訪問(wèn)將失敗，故不通過(guò)DNS進(jìn)行水平擴(kuò)展。

考慮到Nginx是一個(gè)高性能的 HTTP 和反向代理服務(wù)器，反向代理可以實(shí)現(xiàn)隱藏服務(wù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，集成防火墻來(lái)防御外界DDOS攻擊，通過(guò)負(fù)載均衡分配流量到不同服務(wù)器上等功能。此外Nginx支持對(duì)故障 WEB 站點(diǎn)的探測(cè)感知，能夠把流量引導(dǎo)到非故障的WEB站點(diǎn)，同時(shí)也沒(méi)有DNS 負(fù)載均衡模式下暴露過(guò)多IP、擴(kuò)容非實(shí)時(shí)等問(wèn)題。

為避免反向代理層的單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，采用兩臺(tái) Nginx 組成一個(gè)集群，分別部署 Keepalived，設(shè)置成相同的虛 IP，實(shí)現(xiàn) Nginx 負(fù)載均衡服務(wù)的高可用。當(dāng)一臺(tái) Nginx 掛了， Keepalived 能夠探測(cè)到并將流量自動(dòng)遷移到另一臺(tái) Nginx 上。該方案解決了反向代理層的高可用問(wèn)題，但是 Nginx 集群的資源利用率下降到 50%（一主一備）。對(duì)于院校選課活動(dòng)，每秒的HTTP請(qǐng)求峰值一般在 10 萬(wàn)以下，該架構(gòu)的 WEB 站點(diǎn)響應(yīng)能力應(yīng)能滿足要求，最多再適當(dāng)提高 Nginx 服務(wù)器的配置應(yīng)能解決問(wèn)題。故系統(tǒng)最終決定采用基于Nginx集群反向代理的方式對(duì)WEB站點(diǎn)層進(jìn)行水平擴(kuò)展。

四、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

1、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

班級(jí)相關(guān)實(shí)體

學(xué)生相關(guān)實(shí)體

課程相關(guān)實(shí)體

系統(tǒng)相關(guān)實(shí)體

實(shí)體聯(lián)系圖

2、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

• 班級(jí)（班級(jí)編號(hào)，班級(jí)所在學(xué)院名，班級(jí)所在系名，班級(jí)所在專業(yè)名，班級(jí)對(duì)應(yīng)年份，班級(jí)序號(hào)，班級(jí)名稱，畢業(yè)所需學(xué)分）
• 學(xué)院 （學(xué)院編號(hào)，學(xué)院名稱）
• 系（系編號(hào)，學(xué)院編號(hào)，系名）
• 專業(yè)（專業(yè)編號(hào)，系編號(hào)，專業(yè)名稱）
• 學(xué)生（學(xué)生學(xué)號(hào)，班級(jí)編號(hào)，姓名，性別，郵箱，電話號(hào)碼，密碼，狀態(tài)）
• 學(xué)生選課（選課記錄號(hào)，學(xué)生學(xué)號(hào)，課程班編號(hào)，選擇學(xué)期，課程學(xué)分）
• 學(xué)生學(xué)分（學(xué)分記錄號(hào)，學(xué)生學(xué)號(hào)，學(xué)期，最高主修學(xué)分，已選主修學(xué)分）
• 方案內(nèi)選課（方案內(nèi)選課記錄號(hào)，班級(jí)編號(hào)，課程編號(hào)，推薦選課時(shí)間，是否必修）
• 選課輪次（選課輪次記錄號(hào)，輪次所在學(xué)期，學(xué)期內(nèi)輪次序號(hào)，開(kāi)始時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，提示信息）
• 課程（課程編號(hào)，課程名，所在校區(qū)，排課單位，課程類別，通識(shí)課類型，課程學(xué)分，開(kāi)課班級(jí)數(shù)量）
• 課程班（課程班編號(hào)，課程編號(hào)，是否慕課，授課語(yǔ)言，選擇人數(shù)，課程容量，授課教師，考試類型，考試時(shí)間）
• 課程時(shí)間地點(diǎn)（ 課程時(shí)間地點(diǎn)記錄號(hào)，課程班編號(hào)，授課持續(xù)時(shí)間，每周星期幾上課，第幾節(jié)課上課，上課地點(diǎn)）
• 課程依賴（課程依賴記錄號(hào)，課程編號(hào)，先修課程編號(hào)）
• 課程應(yīng)急設(shè)置（ 課程應(yīng)急設(shè)置記錄號(hào)，課程編號(hào)，禁選班級(jí)編號(hào)，禁選年級(jí)）
• 系統(tǒng)管理員（管理員編號(hào)，管理員名稱，類型，密碼，手機(jī)號(hào)碼，上次登錄時(shí)間）
• 系統(tǒng)通知（通知編號(hào)，接收對(duì)象編號(hào)，消息體）
• 系統(tǒng)日志（日志編號(hào)，學(xué)生學(xué)號(hào)/管理員編號(hào)，請(qǐng)求類型，請(qǐng)求IP，請(qǐng)求接口，請(qǐng)求體，響應(yīng)體，請(qǐng)求時(shí)間）

實(shí)體間關(guān)系分析

1. a：
   • 一個(gè)院包含多個(gè)系
   • 一個(gè)系包含多個(gè)專業(yè)
   • 一個(gè)專業(yè)包含多個(gè)班
   • 一個(gè)班包含多個(gè)學(xué)生
   • 一個(gè)班擁有一個(gè)方案內(nèi)選課
2. b：
   • 一個(gè)學(xué)生屬于一個(gè)班
   • 一個(gè)學(xué)生擁有多個(gè)學(xué)期的學(xué)分
   • 一個(gè)學(xué)生擁有多個(gè)學(xué)期的選課
3. c：
   • 一門(mén)課有多個(gè)課程班
   • 一門(mén)課有多門(mén)先修課
   • 一門(mén)課有多個(gè)開(kāi)課的時(shí)間和地點(diǎn)
   • 一門(mén)課可以設(shè)置多個(gè)應(yīng)急條件
4. d：
   • 一個(gè)學(xué)期可以有多個(gè)選課輪次
   • 一個(gè)學(xué)期可以選擇多個(gè)課程班
   • 一個(gè)學(xué)期每個(gè)班級(jí)有一個(gè)推薦班選課
5. e：
   • 一個(gè)用戶可以收到多個(gè)消息與通知
   • 學(xué)生的每次請(qǐng)求都會(huì)被記錄在日志表
   • 管理員每次請(qǐng)求都會(huì)被記錄在日志表

3、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

字段規(guī)定：

1. 小數(shù)類型使用decimal、禁止使用float和double類型，時(shí)間采用date_time類型
2. 絕大多數(shù)表必備三個(gè)字段：id、create_time以及update_time，部分表的數(shù)據(jù)采用邏輯刪除

SQL語(yǔ)句：

1. 禁止使用存儲(chǔ)過(guò)程，存儲(chǔ)過(guò)程難以調(diào)試和擴(kuò)展，且沒(méi)有移植性
2. 不得使用外鍵(影響插入速度)和級(jí)聯(lián)(更新強(qiáng)阻塞，存在更新風(fēng)暴風(fēng)險(xiǎn))，一切外鍵概念在應(yīng)用層解決

安全性問(wèn)題：

1. ORM映射時(shí)參數(shù)使用#{}而非${}，以防止SQL注入問(wèn)題
2. 用戶密碼先加鹽處理后再進(jìn)行MD5加密存儲(chǔ)，以提高密碼復(fù)雜程度和防御彩虹表攻擊

使用DataGrip數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具，根據(jù)上述實(shí)體屬性以及聯(lián)系進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)以及表的創(chuàng)建。

以下為學(xué)生表創(chuàng)建示例：

對(duì)應(yīng)建表語(yǔ)句如下

create table scc_choose_round
(
    id          int          not null
        primary key,
    semester    int          null,
    round_no    tinyint      null,
    start_time  datetime     null,
    end_time    datetime     null,
    tips        varchar(255) null,
    create_time datetime     null,
    update_time datetime     null
)
    comment '選課輪次表';
    
create table scc_class
(
    id                 int         not null
        primary key,
    college_name       varchar(20) null,
    department_name    varchar(20) null,
    subject_name       varchar(20) null,
    year               smallint    null,
    class_no           tinyint     null,
    class_name         varchar(20) null,
    graduation_credits smallint    null,
    create_time        datetime    null,
    update_time        datetime    null
)
    comment '班級(jí)表';
    
create table scc_class_course
(
    id             bigint            not null
        primary key,
    class_id       int               null,
    course_id      int               null,
    commended_time int               null,
    is_must        tinyint           null,
    is_deleted     tinyint default 0 null,
    create_time    datetime          null,
    update_time    datetime          null
)
    comment '方案內(nèi)課程表';
    
create table scc_college
(
    id           smallint    not null
        primary key,
    college_name varchar(20) null
)
    comment '學(xué)院表';
    
create table scc_course
(
    id           char(10)       not null
        primary key,
    course_name  varchar(30)    null,
    campus       varchar(20)    null,
    college      varchar(20)    null,
    type         varchar(20)    null,
    general_type varchar(20)    null,
    credit       decimal(10, 1) null,
    class_num    tinyint        null,
    create_time  datetime       null,
    update_time  datetime       null
)
    comment '課程表';
    
create table scc_course_class
(
    id           bigint            not null
        primary key,
    course_id    char(10)          null,
    is_mooc      tinyint           null,
    language     varchar(20)       null,
    choosing_num int               null,
    capacity     int               null,
    teacher      varchar(100)      null,
    exam_type    varchar(20)       null,
    exam_time    varchar(50)       null,
    is_deleted   tinyint default 0 null,
    create_time  datetime          null,
    update_time  datetime          null
)
    comment '課程班表';
    
create table scc_course_dependence
(
    id            bigint            not null
        primary key,
    course_id     int               null,
    pre_course_id int               null,
    is_deleted    tinyint default 0 null,
    create_time   datetime          null,
    update_time   datetime          null
)
    comment '課程依賴表';
    
create table scc_course_emergency
(
    id            bigint            not null
        primary key,
    course_id     char(10)          null,
    only_to_class int               null,
    only_to_grade int               null,
    is_deleted    tinyint default 0 null,
    create_time   datetime          null,
    update_time   datetime          null
)
    comment '課程緊急設(shè)置表';
    
create table scc_course_timeplace
(
    id              bigint            not null
        primary key,
    course_class_id bigint            null,
    duration_time   varchar(20)       null,
    week_day        tinyint           null,
    day_no          varchar(20)       null,
    place           varchar(50)       null,
    is_deleted      tinyint default 0 null,
    create_time     datetime          null,
    update_time     datetime          null
)
    comment '課程時(shí)間地點(diǎn)表';
    
create table scc_department
(
    id              smallint    not null
        primary key,
    college_id      smallint    null,
    department_name varchar(20) null
)
    comment '系表';
    
create table scc_student
(
    id          bigint            not null
        primary key,
    name        varchar(50)       null,
    gender      tinyint           null,
    class_id    int               null,
    email       varchar(100)      null,
    phone       char(11)          null,
    id_card     char(18)          null,
    password    char(32)          null,
    salt        char(32)          null,
    status      tinyint default 0 null,
    create_time datetime          null,
    update_time datetime          null
)
    comment '學(xué)生表';
    
create table scc_student_course
(
    id              bigint            not null
        primary key,
    student_id      int               null,
    course_class_id bigint            null,
    semester        int               null,
    credits         decimal           null,
    is_deleted      tinyint default 0 null,
    create_time     datetime          null,
    update_time     datetime          null
)
    comment '學(xué)生選課表';
    
create table scc_student_credits
(
    id                    bigint         not null
        primary key,
    student_id            bigint         null,
    semester              int            null,
    max_subject_credit    decimal(10, 1) null,
    choose_subject_credit decimal(10, 1) null,
    create_time           datetime       null,
    update_time           datetime       null
)
    comment '學(xué)生學(xué)分表';
    
create table scc_subject
(
    id            smallint    not null
        primary key,
    department_id smallint    null,
    subject_name  varchar(20) null
)
    comment '專業(yè)表';
    
create table scc_sys_backend_log
(
    id            bigint       not null
        primary key,
    type          tinyint      null,
    request_ip    varchar(255) null,
    manager_id    int          null,
    request_api   varchar(255) null,
    request_body  text         null,
    response_body text         null,
    create_time   datetime     null
)
    comment '后臺(tái)日志表';
    
create table scc_sys_frontend_log
(
    id            bigint       not null
        primary key,
    type          tinyint      null,
    request_ip    varchar(255) null,
    student_id    int          null,
    request_api   varchar(255) null,
    request_body  text         null,
    response_body text         null,
    create_time   datetime     null
)
    comment '前臺(tái)日志表';
    
create table scc_sys_manager
(
    id           int               not null
        primary key,
    manager_name varchar(20)       null,
    type         smallint          null,
    password     char(32)          null,
    salt         char(32)          null,
    mobile_phone varchar(20)       null,
    last_login   datetime          null,
    is_deleted   tinyint default 0 null,
    create_time  datetime          null,
    update_time  datetime          null
)
    comment '系統(tǒng)管理員表';
    
create table scc_sys_notice
(
    id          bigint             not null
        primary key,
    student_id  bigint             null,
    message     varchar(255)       null,
    status      smallint default 0 null,
    create_time datetime           null,
    update_time datetime           null
)
    comment '系統(tǒng)通知表';

五、系統(tǒng)優(yōu)化

經(jīng)過(guò)前面的設(shè)計(jì)，WEB 站點(diǎn)層的高性能、高可用都得到了一定的保證，但此時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)IO操作很可能成為了瓶頸。 數(shù)據(jù)層同樣需要進(jìn)行改進(jìn)，數(shù)據(jù)層庫(kù)架構(gòu)優(yōu)化的目的同樣是實(shí)現(xiàn)高性能、高可用。

優(yōu)化方案：

• 能預(yù)熱的數(shù)據(jù)提前預(yù)熱，利用緩存抗住“讀”壓力
• 池化技術(shù)
• 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)分離
• 使用NoSQL，消息隊(duì)列（及搜索引擎技術(shù)[todo]）

1、緩存

**問(wèn)題：**當(dāng)請(qǐng)求的QPS達(dá)到一定的水平后，系統(tǒng)將面臨性能降低（并發(fā)越大查詢速率越低）以及并發(fā)下降（當(dāng)請(qǐng)求數(shù)超過(guò)正常單機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)所能抗住的QPS時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)將會(huì)卡頓甚至宕機(jī)）。

優(yōu)化方案：引入緩存

使用緩存方案可以提高訪問(wèn)性能、降低網(wǎng)絡(luò)擁堵，減輕服務(wù)負(fù)載等。緩存讀寫(xiě)性能高，且預(yù)熱快。將要被請(qǐng)求的數(shù)據(jù)放入緩存中，請(qǐng)求將先在緩存中獲取數(shù)據(jù)（單級(jí)緩存可承載的并發(fā)量可能是MySQL的幾十倍）。

引入緩存數(shù)據(jù)庫(kù)Redis設(shè)計(jì)合適的緩存淘汰策略，將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)存入Redis方便后續(xù)讀取。

Todo：引入Redis集群，解決數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題，預(yù)防緩存雪崩與緩存穿透問(wèn)題，以搭建高可用的Redis集群。

2、池化技術(shù)

如果每次請(qǐng)求都需要新建連接，即TCP需要經(jīng)歷“三次握手”，這個(gè)過(guò)程很費(fèi)時(shí)間。另外一旦建立連接則還需要關(guān)閉連接，即TCP需要經(jīng)歷“四次揮手”，又需要時(shí)間開(kāi)銷。

問(wèn)題：

• 單連接無(wú)法支撐高并發(fā)
• 每次請(qǐng)求都需要建立和關(guān)閉連接，會(huì)增加請(qǐng)求延遲
• 如果在高并發(fā)下頻繁地建立和關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)耗費(fèi)過(guò)多CPU資源

優(yōu)化方案：引入池化技術(shù)

可以用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，這就是連接池技術(shù)。即預(yù)先分配一批并將他們放入一個(gè)緩存區(qū)中循環(huán)使用，形成池化效應(yīng)。

3、讀寫(xiě)分離

**問(wèn)題：**由于選課系統(tǒng)中每個(gè)人的目標(biāo)課程不同，所以緩存命中率就沒(méi)有那么高，會(huì)有很大的流量被轉(zhuǎn)發(fā)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，MySQL的壓力也隨之增大，單臺(tái)MySQL實(shí)例將面臨無(wú)法滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求。

優(yōu)化方案：引入讀寫(xiě)分離

針對(duì)于選課這種并發(fā)量大的讀請(qǐng)求，最直接的便是搭建多臺(tái)MySQL實(shí)例分?jǐn)傋x請(qǐng)求。將讀流量分?jǐn)偟礁鱾€(gè)從庫(kù)中，而主庫(kù)負(fù)責(zé)寫(xiě)流量，通過(guò)Binlog實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

4、后續(xù)優(yōu)化

解決數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題

做好冪等性設(shè)計(jì)（所謂冪等性即指用戶對(duì)于同一個(gè)操作發(fā)起一次請(qǐng)求或多次請(qǐng)求，得到的結(jié)果都是一樣的，主要用在重復(fù)請(qǐng)求上）。由于并發(fā)量大的問(wèn)題，考慮采用樂(lè)觀鎖而非悲觀鎖以得到更好的并發(fā)訪問(wèn)性能。

引入搜索引擎

每次請(qǐng)求都需要建立和關(guān)閉連接，會(huì)增加請(qǐng)求延遲

• 如果在高并發(fā)下頻繁地建立和關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)耗費(fèi)過(guò)多CPU資源

優(yōu)化方案：引入池化技術(shù)

可以用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，這就是連接池技術(shù)。即預(yù)先分配一批并將他們放入一個(gè)緩存區(qū)中循環(huán)使用，形成池化效應(yīng)。

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到了這里，關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)大作業(yè)——學(xué)生選課系統(tǒng)（基于SpringBoot+Mysql）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！