千万级学生管理系统考试试卷存储方案

1. 业务背景

[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 道判断题、20 道选择题、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：

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

离校生：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，考试时请求试卷，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

2. 约束和限制

暂无

3. 总体架构

考试试卷存储架构总体上使用 Redis Sentinel 存储方案，SDK 客户端连接哨兵节点获取 Redis server 主实例，从而跟主实例进行通信交互。

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

哨兵节点 3 大作用：

• 监控

• 选主

• 切换通知

首先监视 redis 实例的健康情况，属于被动型活性拨测，当从实例挂掉，主动剔除即可，当主实例挂掉，根据从实例的日志进度等信息进行选主，选完主后，进行客户端的流程切换，从而达到高可用。

3.2 总体架构

1）、考试开始前 1 分钟，学生通过 Nginx 负载均衡访问到后端考试服务器；

2）、考试服务通过 Jedis SDK 通过 Redis 服务实例；

3）、Redis 实例把试卷内容下发到客户端；

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 请求试卷

试卷试题分为 3 类：20 道判断题、20 道选择题（可能是多选题）、4 道分析大题

【判断题】：

通过 redis 的 list 数据类型可以存储题目：

rpush exam0 q0

rpush exam0 q1

...

rpush exam0 q19

即可将 20 到判断题定义出来

可通过 lrange exam0 0 -1 将判断题从第一题列出直到最后一题，exam0 认为为就是判断题，题目答案自动补充 （）正确 （）错误，让学生做出打勾判断

【选择题】：

rpush exam1 q20

rpush exam1 q21

...

rpush exam1 q39

即可将 20 到选择题定义出来，

假定每道选择题都有 4 个选项，通过定义一个 zset 来表示 4 个选项，即 zadd op20 1 A 2 B 3 C 4 D

【分析题】

rpush exam2 q40

rpush exam2 q41

rpush exam2 q42

rpush exam2 q43

定义即可

4.1.2 提交试卷

【判断题】

使用一个 hash 来表示一个学生所判断的答案，即 mset ans0 1/0 1 表示正确、0 表示错误

【选择题】

对应每道选择题使用一个 zset 来保存，即 zadd ans20 1 A 3 C，加入选择了 A、C 选项；

【分析题】

4 到分析题，通过 String 来保存答案即可，即 set ans40 *****

4.2 关键设计

由于是千万级别学生系统，加上一个学校有 5 万人，大致有 200 间学校，为每间学校搭建一个 Redis Sentinel 集群，能够支撑到 5 万的 qps。

5. 质量设计

5.1 成本

由于 Redis 集群方案使用 Sentinel 模式，为了节约成本，兼顾高可用，每个集群仅使用一个从机。