模块四作业

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

Redis 存储试卷的数据格式

Redis 一共 5 种数据结构：

1. String 类型。

2. Hashtable：Hash 表。

3. Linked list：可重复，插入顺序排序。

4. Set：不可重复，无序。

5. Sorted set：不可重复，按照 score 排序。

选择 String 类型来存储考试试卷。

Key: 学校 Id+课程 Id+试卷 Id

value: 试卷内容的 json 文本

原因是考虑试卷一旦上传，基本不会再更改；即使更改，也可以试卷 json 整体更改。所以不考虑将试卷中的每道题拆分存储到 list 或 set 中。

读写流程

1. 教师试卷编辑完成后，上传试卷，存储到 Key: 学校 Id+课程 Id+试卷 Id。

2. 教师对试卷进行修改或删除时，根据 key 修改或删除

3. 学生考试时，先根据登录学号、课程关系等计算出该考生能够参加的试卷 Key, 然后从 Redis sentinel 集群中读取试卷内容。

Redis sentinel 集群的服务器数量和性能

假设每门考试的题型是 20 判断题、20 选择题、4 道大题。假设每道判断题题干 100 字以内，每道选择题题干 400 字以内，每道大题题干 800 字以内。

每份试卷存储字节=20*100*2 + 20*400*2 + 4*800*2 = 26400 字节~26KB

假设每门学科每年 2 次考试，每个学生平均一学期 20 门课。那么， 一个学生 1 年有 40 次考试（40 份试卷），一年总共有 4000 万份试卷（1000 万*40）。考虑到上同一门课的学生读取的试卷是同一份，假设平均 60 人上同一门课程；则 1 年需要存储 17.3GB（26KB*4000 万/60）。

试卷在考试完成后，可以归档到 Mysql 或 Hbase。 因此 Redis 中可以只存储当年的或甚至半年的试卷。

课程中分析了：

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。

试卷结果采用 HBase 集群方式，提交试卷的 TPS 也不高，暂不考虑。因为请求试卷的 QPS 比较高，考试试卷采用 Redis sentinel 集群方式。

对于 32 核服务器，单机性能量级是 5-10 万，能够满足请求试卷的性能要求。因为 Redis sentiel 是主从复制，读写分离，集群选举方案，至少需要 3 台 23 核服务器。考虑到性能上可以有一定冗余， 内存可以选择 32G。