千万级学生管理系统的考试试卷存储方案设计

1、存储性能需求评估

1.1 分析过程：

对于试卷来说，每一门课程对应一张试卷，假设每个学生平均每学期 20 门课程考试，假设平均每套试题存储大小为 1M，总的试题存储量为：1M*20（课程）*2（学期）=40M，平均每年以 40M 速度增长。

假设学校的考试都安排在某一个月内，考试开始前，提前将试题存入数据库中，考试开始时，学生请求考试试卷，考试结束后对试卷进行归档，因此估算如下：

• 请求试卷：1000 万 * 20（课程）/ 20(周末不考试） / 4（每天 4 门考试）/ 1 分钟 = 250 万请求/分钟 ≈ 5 万/每秒。

• 写入试卷：由出题老师录入，几乎没有 TPS 要求。

1.2 结论：

• 考试试题存储：每年增长 40M；

• 试卷请求 QPS：5 万/s；

• 提交试卷 TPS：1/s。

2、选择存储系统

2.1 存储架构逻辑选择

2.2 考试存储架构分析

2.3 存储架构图

3、设计存储方案

【数据结构设计】

使用 String 这种数据结构，key 就是对于科目的 id，value 就是试题序列化后的 JSON 字符串。

【读写分析】

读：考试开始时，学生根据考试科目 id 直接直接从 redis 读取试卷 JSON 字符串，再反序列化成试题对象，考生便可开始答题。

写：出题老师提前将试题序列化成 JSON 串后，根据考试课程 id 写入到 redis 中。

【性能评估】

从第一节分析的结论看出，主要的压力来自读请求，考试开始时所有学生读取的是同一份试卷。对于 5w/s 的 QPS 请求，可以采用 2 核 4G 的两台 redis 服务器主从架构。单台 redis 的 QPS 能到 10w/s，这里使用一台冗余来保证可靠性。