架构实战营 模块四作业

【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：

1）完善 Redis 的数据结构设计，明确具体使用哪种 Redis 数据结构

2）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）

2）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

【提示】

1. 性能可以有一定冗余

2. 如果对 Redis sentinel 不熟悉，请参考官方文档：https://redis.io/topics/sentinel

1.     存储性能需求估算

【实现目标】

千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

【用户量】

1000 万

【考试】

1. 在校学生考试结果存储：2.4T

2. 离校学生考试结果存储：每年增长 0.6T

3. 试卷请求 QPS：5 万/s

4. 提交试卷 TPS：1700/s

5. 试卷存储相比考试结果存储量很小（预估 1/50），无需特别设计。

2.     选择存储系统

选择分片架构：

学生管理系统存储架构图：

3.     设计存储方案

3.1 学生考试结果

【数据结构设计】

Key：学校 ID + 学号 ID + 考试 ID

Column Family：test

Column：result, score, 其中 result 是 json 格式

【读写分析】

1. 学生提交考试结果，直接按照 key 保存 result

2. 老师改卷后，直接写入 score

3. 学生查看自己的成绩，按照 key 读取 result 和 score，可以看到得分和具体错在哪里

3.2 试卷存储数据结构

Key：学校 ID + 学院 ID + 专业 ID + 试卷 ID

Value：sorted set 类型，按题号做 score 进行排序，采用 json 格式存储试卷内容

【完善 Redis 的数据结构设计】

由于试卷请求 QPS 达到 5 万/s，读请求峰值很高，单机可以支撑写性能，单机可以支撑读性能，需要自动切换，决定采用 Redis sentinel 的存储方案。

Redis 中共有五种常见数据结构： 字符串（strings）， 散列（hashes）， 列表（lists）， 集合（sets）， 有序集合（sorted sets）。基于 sorted set 有序，且数据不重复的特性，选择 sorted set 数据结构。

【试卷读写流程】

1. 试卷写入：

老师登录管理系统，并选择学校、学院、专业、课程、试卷期数，生成试卷 id，开始录入试卷。客户端向 Redis 数据库发送试卷写入请求，根据学校 id+学院 id+专业 id+试卷 id 写入试卷各个题目，以 sorted set 存储 json 格式试卷题目，题目序号作为 score 权重，Redis 数据库向客户端返回写入成功消息。

2. 试卷读取：

学生登录管理系统，并选择学校、学院、专业、课程、试卷期数，读取试卷 id，开始读取试卷。客户端向 Redis 数据库发送试卷读取请求，根据学校 id+学院 id+专业 id+试卷 id 读取试卷各个题目，读取以 sorted set 存储的 json 格式试卷题目，Redis 返回读取成功消息。

【redis sentinel 集群的服务器数量和性能】

Redis sentinel 集群因为至少 3 个 sentinel 节点，3 个 redis 数据节点，所以 redis 服务器数量需要至少 6 台，采用 1 主 2 从 3 哨兵的部署方式，共需 6 台服务器，redis 单机可支持 5W/QPS，3 台 redis 可支持 15W/QPS，性能已存在冗余。