一、需求

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，序列图要有文字辅助说明）

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

二、设计方案

2.1 估算性能需求

1.用户量预估

1000 万用户

2.关键行为

登录注册、文件上传下载、选课、考试

3.行为建模

【登录】

学生管理系统主要管理学生的信息管理、作业、考试等，其中交作业是高频场景，每个学生每天都要交作业。

假设每个学生每天提交 4 次作业，登录的次数就是 1000 万 * 4 = 4000 万，考虑到提交作业一般是在晚上 18：00~22：00，因此

登录 TPS 要求为：4000 万/(4 * 3600) = 3000/s

登录会产生一条登录记录，因此每天有 4000 万条登录记录要存储，登录记录保存 3 个月，总的数据条数为：

4000 万 * 3 * 30 = 36 亿条，每条记录包含学生 ID（4 字节）、登录时间（4 字节）、登录 IP（4 字节），总大小为 36 亿条 * 12 = 43G。

登录记录主要是为了事后查验，学生和老师极少主动去查询学生登录信息，因此读取性能可以忽略。

【注册】

总共 1000 万学生，每年只有新生注册，不同学校新生开学时间是分散的，而且注册可以在入学后完成，因此我们假设每年 250

万新生需要注册，注册时间分散在 9.1~9.30 这 30 天内，则注册每天请求次数为：

250 万 / 30 = 8.3 万，考虑到开学第一天人数会多一点，计算结果调整为 10 万每天，且主要在 12 小时内操作，因此 TPS 计算为：

10 万/(12 * 3600) ≈ 3 /s

学生注册后需要存储学生信息，学生信息主要包含学号（10 字节）、身份证（19 字节）、头像（图片，不超过 1M）、专业（4

字节）、家庭信息（100 字节）等，且学生信息要永久保存，即使毕业后也不能删除，因此存储分为两部分：

在校学生数据存储量 = 1000 万 * 200 字节 = 2G，图片数据：1000 万 * 1M = 10T

离校学生数据存储量 = 按年增长，只做备份，每年的数据 = 1/4 在校学生数据存储量

【考试】

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，存储量为 0.6T

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 = 250 万请求/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

汇总

【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 TPS：5 万/s

4. 提交试卷 TPS：1700/s

2.2 数据结构

使用 String 类型数据结构。

key：课程 id+试卷 id。

value：用 String 类型 整个试卷内容是 json.

2.3 具体的读写流程

1. 老师选择学校、课程、学期，生成 key

2. 按题号录入考试内容

3. 按题号排序存储考试问题内容,每个题目内容通过序列化为 JSON 格式

4. 修改或者删除时，按题号重新保存内容或者删除

5. 读取时，通过学校 ID+课程 ID+学期，读取整个考试试卷内容

2.4 Redis sentinel 集群的服务器数量和性能

学生的人数为 1000 万。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，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 = 250 万请求/分钟 ≈ 5 万/每秒。

单机 redis TPS 5~10 万 QPS 到百万级别。所以一台就可以支持性能 要三台服务器做 redis sentinel 集群,一主二从性能足够。