设计千万级学生管理系统的考试试卷储存方案

1. 估算性能

1.1 场景假设

1. 按照模块 4 第 6 课的估算，在校学生有 1000 万，每个学生平均一个学期 20 门课。

2. 在学生层面，这 20 门课要在一个月内考完；在学校层面，这一个月内每天只安排 4 个时间段进行考试（上午考两门，下午考两门）

3. 每门考试 20 判断题，20 选择题，4 道大题。假设判断题和选择题题目描述 100 个字以内，大题描述 200 个字以内，选择题有 4 个答案选择，每个答案 10 个字以内。总共需要：20 * 100 + 20 * 100 + 20 * 4 * 10 + 4 * 200 = 5600 个字。

4. 假设每个中文字存储 3 个字节（UTF-8），5600 * 3 = 16800 字节，计算方便，约 20KB

5. 假设每门课程有 40 人参与考试，这个 40 人是同一份试卷，试卷总存储量为：1000 万 * 20(课) / 40 * 20KB = 100GB

1.2 性能估算

1. 按照模块 4 第 6 课估算，请求试卷 QPS 为 5 万/秒

2. 试卷在考试前一天才需要放上存储，20 天考试，每天试卷数据存储量 100GB / 20 = 5GB

2. 选择存储系统

1. 为应对请求试卷 QPS 为 5 万/秒的要求，采用 Redis Sentinel

2. 每天试卷存储的数据是 5GB，单机的内存存量完全能胜任

3. 最终方案是 Redis Sentinel

3. 设计存储方案

3.1 Redis 数据结构设计

1. 采用散列 Hashmap 的数据结构

2. Redis 数据的 Key 为学校 ID

3. Value 为一个 Hashmap

4. Hash 的 key 为考试 ID，Value 是试卷；通过学校 ID+考试 ID 可以定为到一份试卷

5. 试题采用 JSON 结构保存的 String，评估大约 20KB

6. 老师可预先出好试卷在 MySQL 存储

3.2 存储架构图

• 采用三台 Redis 机器作一主二从配置

• 三台 Redis 机器同时起三个 Redis Sentinel 作高可用

3.4 读写流程

1. 考试前一天，试卷加载到 Redis 保存，设置试卷数据保存时间为一天。

2. 学生在考试开始 1 分钟前，通过学校 ID+考试 ID 请求试卷

3. 从 Redis 获取考试数据（JSON 格式），存储在浏览器缓存里

4. 学生提交考试，考试结果存储在 HBase 集群。

3.5 服务器数据及性能

1. 采用三台服务器，每台 4C / 64GB 内存

2. 三台服务器进行接收读请求，每台支持 2 万/s QPS