千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

【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：

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

• 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）。

• 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。

数据结构设计

Redis 有 5 种基础数据结构，分别是：string、list、hash、set 和 sorted set。

对于试卷来说可以直接采用 string：

key：学校 ID + 试卷 ID。

value：试题内容，JSON。

试卷 ID = 课程 ID（年级+院/系+专业+学年+学期+课程）+ 考试次数

例如：

200008001200110011 = 2000（2000 级）+08（院/系）+001（专业）+2001（学年）+1（学期）+001（课程）+1（考试次数）

读写流程

创建试卷

1. 教师登录系统后，选择创建试卷。

2. 考试服务返回创建试卷页面。

3. 教师定义所有试题内容。

4. 所有试卷内容填写完成后，教师提交创建试卷请求。

5. 考试服务把试卷保存到 Redis。

6. 考试服务把试卷保存到 HBase。

7. 返回创建成功提示给教师。

读取试卷（考试场景）

基于到 5 万/秒的性能需求，这里从 Redis 读取数据。

1. 学生登录系统后，选择“我要考试”。

2. 考试服务返回选择页面给学生。

3. 学生选择试卷后提交开始考试请求。

4. 考试服务从 Redis 获取试卷内容。

5. 考试服务返回试卷页面给学生。

读取试卷（其它场景）

学生查看自己成绩，或者教师查看、改试卷、批卷等场景，不会有集中高并发的访问需求，直接从 HBase 读取即可。

存储性能估算

1000 万学生，假设每个专业 200 人，一共 5 万个专业，每个学校 1.5 万人，则 700 个学校，每个学校 75 个专业。

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 20 道判断题、20 道选择题、4 道大题，每道试题题目 200 字以内，则考试结果记录的存储量为：

50000（专业）* 20（课）* 2（考试次数） * 10000（试题）* 1（当前学期） * 3（只有前三年考试）= 60G。

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。

Redis sentinel 集群的服务器数量和性能

基于上面试卷的存储性能估算，试卷存储 = 60G，试卷请求 = 5 万/s。Redis sentinel 集群采用 一主两从三哨兵即可。共 6 台服务器。如果存在有可用的哨兵集群，则 3 个哨兵可以节省掉。

关键设计

Redis sentinel 集群只保留当前学期的试卷，用于学生考试时获取试卷，下个学期开始前就可以把试卷数据全部清掉，甚至于考试结束后即清除，则可以再节省一半的空间。其它场景有查看试卷的需求都从 HBase 读取。