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# 学生管理系统 — 架构设计文档
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## 1. 系统概述
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学生管理系统（SMS）是一个面向教育培训机构的后台管理系统，提供学生信息管理、成绩管理、就业管理、班级管理及教师管理五大核心功能，以及统计分析大盘接口。
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- **项目定位**：教培行业轻量级 SaaS 后台
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- **技术栈**：FastAPI + SQLAlchemy + PyMySQL + SQLite（开发）/ MySQL（生产）
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- **目标用户**：教务管理员、班主任、顾问老师
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## 2. 总体架构
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### 2.1 架构分层
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┌─────────────────────────────────────────────────┐
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│ Client / Frontend │
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│ （Vue3 / 静态页面 / Postman） │
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└────────────────────────┬────────────────────────┘
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│ HTTP/REST
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┌────────────────────────▼────────────────────────┐
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│ API Gateway / Load Balancer │
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│ （Nginx / Caddy，可选） │
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└────────────────────────┬────────────────────────┘
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│
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┌────────────────────────▼────────────────────────┐
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│ FastAPI 应用层 │
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│ ┌─────────────┐ ┌──────────────┐ ┌─────────┐ │
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│ │ Routers │ │ Middlewares │ │ Services│ │
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│ │ (REST API) │ │ (CORS/Auth) │ │ (待扩展) │ │
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│ └──────┬──────┘ └──────────────┘ └────┬────┘ │
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│ │ │ │
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│ ┌──────▼──────┐ ┌────────▼────┐ │
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│ │ Schemas │ │ Validators │ │
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│ │(Pydantic) │ │ (业务校验) │ │
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│ └──────┬──────┘ └─────────────┘ │
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│ │ │
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│ ┌──────▼──────┐ │
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│ │ Services │ ◄──── 业务逻辑（待拆分） │
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│ └──────┬──────┘ │
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└─────────┼────────────────────────────────────────┘
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│ SQLAlchemy ORM
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┌─────────▼────────────────────────────────────────┐
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│ 数据访问层 │
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│ ┌──────────────┐ ┌──────────────────────────┐ │
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│ │ Repository │ │ BaseQuery / Mixins │ │
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│ │ (可选未来) │ │ (软删除、分页统一处理) │ │
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│ └──────────────┘ └──────────────────────────┘ │
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└─────────┬────────────────────────────────────────┘
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│
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┌─────────▼────────────────────────────────────────┐
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│ 数据库层 │
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│ ┌──────────────┐ ┌──────────────────────────┐ │
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│ │ MySQL │ │ SQLite（开发环境） │ │
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│ │ (生产) │ │ │ │
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│ └──────────────┘ └──────────────────────────┘ │
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└──────────────────────────────────────────────────┘
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### 2.2 架构演进路线
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| 阶段 | 架构形态 | 说明 |
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| V1.0（当前）| 单体架构 | FastAPI 单体，SQLAlchemy ORM，sqlite/MySQL 双适配 |
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| V2.0（规划）| 模块拆分 | 学生、成绩、就业等模块独立 Service 层，便于测试和复用 |
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| V3.0（规划）| 微服务化 | 按业务域拆分独立服务，引入消息队列、服务注册发现 |
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## 3. 模块设计
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### 3.1 模块划分
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student_manage_system/
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├── main.py # 应用入口，lifespan 管理
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├── database.py # DB 连接与 Session 工厂
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├── models.py # SQLAlchemy ORM 模型
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├── schemas.py # Pydantic 请求/响应 Schema
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├── seed.py # 数据初始化脚本
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├── routers/ # API 路由层
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│ ├── __init__.py
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│ ├── teachers.py # 教师管理模块
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│ ├── classes.py # 班级管理模块
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│ ├── students.py # 学生管理模块
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│ ├── scores.py # 成绩管理模块
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│ ├── employment.py # 就业管理模块
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│ └── stats.py # 统计分析模块
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├── static/ # 静态前端
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│ └── index.html
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├── docs/ # 项目文档
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├── pyproject.toml # 项目依赖配置
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└── uv.lock # 依赖锁定文件
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### 3.2 模块职责矩阵
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| 模块 | 路径 | 核心职责 | HTTP 前缀 |
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|------|------|----------|-----------|
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| 教师管理 | routers/teachers.py | 教师 CRUD | /api/teachers |
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| 班级管理 | routers/classes.py | 班级 CRUD，关联教师分配 | /api/classes |
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| 学生管理 | routers/students.py | 学生 CRUD，关联班级/顾问 | /api/students |
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| 成绩管理 | routers/scores.py | 成绩录入、修改、软删除 | /api/scores |
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| 就业管理 | routers/employment.py | 就业信息 CRUD | /api/employments |
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| 统计分析 | routers/stats.py | 班级/成绩/就业维度统计 | /api/stats |
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## 4. 技术选型说明
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### 4.1 后端框架：FastAPI
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- 原生异步支持，适合 IO 密集型场景
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- 自动 OpenAPI 文档生成（`/docs`、`/redoc`）
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- Pydantic 内置数据校验，减少样板代码
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- 依赖注入（`Depends`）支持 Session 管理和鉴权扩展
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### 4.2 ORM：SQLAlchemy 2.0
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- 声明式模型，支持 `Mapped` / `Column` 新风格
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- 与 PyMySQL 驱动无缝集成
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- 软删除模式通过基类 `BaseModel` 统一实现
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### 4.3 数据库驱动
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| 环境 | 驱动 | 连接方式 |
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|------|------|----------|
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| 开发 | pymysql（SQLite 直连）| 文件数据库，无需部署 |
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| 生产 | pymysql | MySQL 8.0+ / PostgreSQL 14+ |
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### 4.4 包管理：uv
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- 比 pip 快 10-100x 的 Python 包管理器
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- 统一的锁文件管理（`uv.lock`）
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- `uv sync` 确保多环境一致
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## 5. 接口设计规范
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### 5.1 RESTful 风格
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- 资源使用名词复数：`/api/students`
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- 统一路径前缀：`/api/<resource>`
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- 软删除代替硬删除，返回语义一致的响应码
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### 5.2 统一响应格式
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| 操作 | HTTP 方法 | 成功状态码 | 失败典型状态码 |
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|------|-----------|------------|----------------|
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| 列表查询 | GET | 200 | 400（参数错误） |
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| 详情查询 | GET /{id} | 200 | 404（不存在） |
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| 创建 | POST | 201 | 400（重复/校验失败） |
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| 更新 | PUT /{id} | 200 | 404 / 400 |
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| 删除 | DELETE /{id} | 200 | 404 |
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### 5.3 分页规范
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所有列表接口统一支持：
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- `skip`（偏移量，默认 0）
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- `limit`（页大小，默认 100）
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## 6. 中间件设计
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### 6.1 当前中间件
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```python
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# CORS 中间件（开发环境全放行，生产需收紧）
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CORSMiddleware(
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allow_origins=["*"],
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allow_credentials=True,
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allow_methods=["*"],
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allow_headers=["*"],
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)
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```
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### 6.2 待补充中间件（V2.0 规划）
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- **认证鉴权中间件**：基于 OAuth2 + JWT 的请求拦截
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- **请求日志中间件**：统一记录请求耗时、状态码、IP
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- **限流中间件**：防止单接口高频调用
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## 7. 部署架构
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### 7.1 开发环境
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本地开发机
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├── uv run uvicorn main:app --reload
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├── SQLite（本地文件 sms.db）
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└── 浏览器访问 http://localhost:8000
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### 7.2 生产环境（推荐）
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```
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┌─────────────┐
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│ Nginx │ ← 反向代理 + HTTPS 终止
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│ (port 443) │
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└──────┬──────┘
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│
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┌──────────────┼──────────────┐
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▼ ▼ ▼
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┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐
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│ FastAPI │ │ FastAPI │ │ FastAPI │ ← 水平扩展（多实例）
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│ :8000 │ │ :8001 │ │ :8002 │
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└────┬─────┘ └────┬─────┘ └────┬─────┘
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│ │ │
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└─────────────┼─────────────┘
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|
▼
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┌────────────────┐
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│ MySQL 集群 │ ← 主从复制 / 云数据库
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│ (port 3306) │
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└────────────────┘
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```
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### 7.3 容器化部署（Docker）
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```dockerfile
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FROM python:3.13-slim
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WORKDIR /app
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COPY pyproject.toml uv.lock ./
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RUN uv sync --frozen --no-dev
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COPY . .
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EXPOSE 8000
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CMD ["uvicorn", "main:app", "--host", "0.0.0.0", "--port", "8000", "--workers", "4"]
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```
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## 8. 安全设计
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| 层次 | 措施 | 当前状态 |
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|------|------|----------|
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| 传输层 | HTTPS（生产） | 规划中 |
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| 应用层 | Pydantic 数据校验 | ✅ 已实现 |
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| 应用层 | 软删除防止数据误删 | ✅ 已实现 |
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| 认证层 | JWT Token | 规划中 |
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| 授权层 | RBAC 角色权限 | 规划中 |
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| 注入防护 | SQLAlchemy 参数化查询 | ✅ 已实现 |
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## 9. 可扩展性设计
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### 9.1 当前已预留扩展点
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- `lifespan` 钩子：启动时自动建表和种子数据，后续可扩展为迁移工具（Alembic）
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- 路由模块化：各业务模块独立文件，便于拆分微服务
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- `BaseModel` 基类：所有模型共享审计字段，后续可加分布式 ID
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### 9.2 未来演进方向
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1. **多租户支持**：在 `BaseModel` 中加入 `tenant_id` 字段
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2. **缓存层**：Redis 缓存统计结果，减轻数据库压力
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3. **异步任务**：Celery / APScheduler 处理离线统计和报告生成
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4. **事件驱动**：学生/成绩变更时发布事件，供下游系统消费
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