设计千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

一、考试性能估算

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

总结：

• 在校学生考试结果存储：2.4T；

• 离校学生考试结果存储：每年增长 0.6T；

• 试卷请求 QPS：5 万/s；

• 提交试卷 TPS：1700/s

二、数据结构分析

1.试卷的数据结构分析-Msql

一张试卷一般包括单选题(10)、多选题(20)、判断题(10)、填空题(10)、简答题(4)、分析题(4)，平均每道题干和内容 100 汉字，则整个试卷的大小 10*100+20*100+10*100+10*100+4*100+4*100=5800KB，大约 6M，就是一张试卷基本上是 5M 的大小； 20（课）* 2（考试次数）* 2（学期）* 3（只有前三年考试）*2（AB 卷）=480(张试卷），480(张试卷）*6M=2.5G，教师需要组合 480 套试卷，大约 3G，这样的数据量 Mysql 完全可以支持，而且每个试卷中的试题按行去存储，这样有利于老师的对试卷的组合和修改。由于考试时的 QPS 是 5 万/s，提交试卷 TPS 是 1700/s，为了支持考试时的高并发和高可用，需要老师在完全组卷完成后把试卷同步到 Redis，进行数据缓存。

2.试卷缓存的数据结构分析-Redis

一张数据以 JSON 的格式存储在 Redis 中，用 hash 的数据结构

key：schoolCode(学校编码)+department(系院)+courseCode(课程)

field：paperId(试卷 ID)

value:试卷内容(json 格式)

由于试卷是暂存的，为了考试时高并发时的高可用性，在考试完后，试卷就可以删除，所以对不同的 Key 设置过期时间。

3.试卷提交答案的数据结构分析-Redis

由于试卷答案提交时答案是在有限时间内提交，TPS：1700/s，所以提交答案先把数据提交到 Redis，教师批改后，再把答案数据同步到 Hbase，作为永久保存。

试卷的答案保存也是用 Hash 的数据结构

key：schoolCode(学校编码)+department(系院)+studentCode(学生编号)

field：paperId(试卷 ID)

value:答案内容(json 格式)

4.学生试卷永久保存-Hbase

学生成绩永久性保存用 Hbase

数据结构

Key：学校 ID + 学号 ID + 考试 ID。

Column Family：test。

Column：result, score, 其中 result 是 JSON 格式

5.读写流程

试卷读写流程如下：

6.Redis sentinel 集群的服务器数量和性能

学生考试时，开卷的试卷请求 QPS：5 万/s，提交试卷的 TPS：1700/s，在这个性能指标下，Redis sentinel 集群的要求最小要在 5w-15w 之间，因为 Redis 单台服务器理想情况下是 5W-10W(QPS)，需要需要至少台服务器提供读取，所以需要做成三从提供服务。如下图：

7.试卷存储架构图

由以上几点分析可以知道，试卷存储的架构图如下：