架构实战营 - 模块四作业

一、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：

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

2. 设计具体的读写流程（可以文字描述也可以序列图描述，序列图要有问题辅助说明）

3. 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

1.1 千万级学生管理系统考试试卷存储性能需求估算

1.1.1 存储量评估

假设每门学科每年 2 次考试，每个学生平均一学期 20 门课，考试采取机考的方式，每门考试的答案 20 判断题、20 选择题、4 道大题（答案 200 字以内），考试结果永久保存，在校学生能够看到自己曾经的考试结果，则考试结果记录的存储量为：

在校学生：1000 万* 20（课）* 2（考试次数） * 1000（答案）* 2（学期） * 3（只有前三年考试）= 2.4T

离校学生：每年 250 万，存储量每年增长 0.6T

1.1.2 请求量评估

假设学校的考试都安排在某一个月内，考试的时候请求试卷，提交答案，中间答题过程浏览器本地完成。由于考试集中在上午 4 小时和下午 4 小时，且请求试卷集中在考试开始的前 1 分钟，提交答案集中在考试结束前的 30 分钟，因此估算如下：

请求试卷：1000 万* 20（课）/ 20(周末不考试） / 4（每天 4 堂考试）/ 1 分钟 ≈ 5 万/每秒

提交试卷： 1000 万* 20（课）/ 20(周末不考试） / 4（每天 4 堂考试）/ 30 分钟= 1700/每秒

1.2 千万级学生管理系统考试试卷存储系统选择

依据评估的存储量和请求量，单机可以存储所有数据，单机可以支撑写性能，单机可以支撑读性能，需要自动切换，决定采用 Redis sentinel 的存储方案。

1.3 千万级学生管理系统考试试卷存储方案设计

1.3.1 数据结构设计

基于 sorted set 有序，且数据不重复的特性，选择 sorted set 数据结构

考试试卷结构：

key：学校 ID + 课程 ID + 学期

score：题号

value：相应题号的题目以 string 存储

试卷答案结构：

key：学校 ID + 课程 ID + 学期+ 学号

score：题号

value：相应题号的题目和答案以 string 存储

1.3.2 读写流程

老师写出题试卷：

老师出题时，以"学校 ID + 课程 ID + 学期"为 key，将每道题写入到 redis。采用 sorted set 结构，题号为 score，题目内容为 value。

学生读出题试卷：

学生答题时，以"学校 ID + 课程 ID + 学期"为 key，获取考试试卷。

学生写答案试卷：

学生将答题试卷，以"学校 ID + 课程 ID + 学期+ 学号"为 key，将题目和答案存储到 redis 中。

老师读答案试卷：

老师 scan 获取所有学生的试卷，进行批改，批改之后重新写回。

1.3.3 Redis sentinel 集群

1. redis 性能量级：单机 TPS 5~10 万

2. 考试试卷请求量：请求 TPS 5 万/s

依据 redis 的性能量级和考试试卷请求量级，且保障系统的高性能和高可用，采用一主两从三哨兵的 Redis sentinel 架构。

​ 编辑删除