设计千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

【作业要求】

基于模块 4 第 6 课的估算结果和 Redis sentinel 的初步方案设计，完善考试试卷存储方案，具体包括：

• 完善 Redis 的数据结构设计，明确具体使用哪种 Redis 数据结构。

• 设计具体的读写流程（可以文字描述也可以序列图描述，序列图要有文字辅助说明）。

• 对照模块 4 第 6 课的性能估算结果，计算 Redis sentinel 集群的服务器数量和性能。

【提示】

1. 性能可以有一定冗余。

2. 如果对 Redis sentinel 不熟悉，请参考官方文档：https://redis.io/topics/sentinel。

估算结果

【登录】

1. 登录次数：3000/s；

2. 登录记录：存储数据量 36 亿条，存储容量 43G，写入 TPS = 登录 TPS = 3000/s，读取 TPS 无需特别设计。

【注册】

1. 注册 TPS = 3/s，可以忽略不计；

2. 在校学生数据存储：基本数据 = 2G，图片数据 = 10T；

3. 离校学生数据存储：基本数据每年增长 500M，图片数据增长 2.5T。

【考试】

1. 在校学生考试结果存储：2.4T；

2. 离校学生考试结果存储：每年增长 0.6T；

3. 试卷请求 QPS：5 万/s；

4. 提交试卷 TPS：1700/s。

Redis sentinel 初步方案设计

数据结构设计

Redis 的数据结构选型： Hashtable

试卷数据结构：

key： 学校 ID+试卷 ID+试卷+时间戳

value: 试卷（每门学科每年 2 次考试，每个学生平均一学期 20 门课，20 判断题、20 选择题、4 道大题）

试卷答案数据结构:

key： 学校 ID+试卷 ID+试卷答案+时间戳

value: 试卷答案（每门学科每年 2 次考试，每个学生平均一学期 20 门课，20 判断题、20 选择题、4 道大题）

结构伪代码：

//试卷TestPaper{List<String>  judgmentQuestions; //判断题List<String> choiceQuestions;//选择题List<String> bigQuestions;//大题}//试卷答案TestPaperAnswer{List<Boolean>  judgmentAnswers; //判断题List<Integer> choiceAnswers;//选择题List<String> bigAnswers;//大题}

读写流程

1. 试卷存储：试卷存储至 mysql 。

2. 试卷同步：mysql 中的试卷同步至 redis 中。

3. 试卷限时：根据考试时间，限制 redis 的有效时间。

4. 读卷请求：学生的读卷请求访问 redis 节点的缓存数据。

5. 试卷提交：学生提交试卷时，先把试卷答案存至 redis，再定时存储至 Mysql。

集群的服务器数量和性能

考试的读取为 5 万 QPS，单台 redis 的性能一般为 5W-10W(QPS)之间。为了保证高可用，最少为 3 节点。因此，需要 3 台机器，读写性能 大致在 15 W QPS