设计千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

Redis 数据结构设计

1. 试卷

2. key: "paper:学校 ID:年度:学期:科目"

3. 数据结构：string

4. 内容：加密后的序列化试卷数据，如通过 aes 加密的试卷数据

5. 学生试卷关联

6. key："student_paper:学校 ID:年度:学期:科目"

7. 数据结构：有序集合

8. 内容：field 为学生 ID，score 为考试时间的时间戳

读写流程设计

1. 试卷编排业务

2. 老师登录

3. 通过界面选择年度、学期、科目，编排试卷，保存时将试卷数据进行序列化并加密，存储到以""paper:学校 ID:年度:学期:科目"为 key 的 string 结构 key 中，不能设置有效期

4. 选择年度、学期、科目，选择要考试的学生，分批设置考试时间，以"student_paper:学校 ID:年度:学期:科目"为 key 的有序集合中，以学生 ID 为 field，考试时间为 score，不能设置有效期

5. 学生考试服务

6. 学生登录

7. 根据当前年度、学期、科目，通过当前时间，以当前时间前 30 分钟、后 1 分钟时间戳为 score 范围，从学生试卷管理 key "student_paper:学校 ID:年度:学期:科目" 中获取学生 ID

8. 根据当前年度、学科、科目，从试卷 key "paper:学校 ID:年度:学期:科目" 获取试卷信息，在 server 端解密后通过接口返回

服务器数量及性能估算

假设总计 1000 所学校，每门学科每年 2 次考试，每个学生平均一个学期 20 门课，每门考试包括 20 判断题、20 选择题、4 道大题（题干 200 字内）试题永久保存。

则试卷记录的存储量为：

在校学生试卷：1000（学校） * 20 (课) * 4000（试卷） * 2(学期) * 3 (只有前三年考试) = 512M

在线学生试卷关联：1000w（学生） * 20 (课) * 2(学期) * 3 (只有前三年考试) = 1.2G

离校学生：

试卷数量无变化，每年均为 512M + 1.2G/ 4 = 850M 左右

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。

综上：

内存每年占用约为 1.7G，每年增幅约为 850M

使用 3 台 8G 服务器部署 sentinel 监控服务，3 台 32G 内存 CentOS 部署 redis 主从服务，