前言

本文是千万级学生管理系统考试试卷存储系统的详细方案设计文档，用于指导后续数据存储的开发、测试和运维。

修订历史

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词汇表

Redis:Remote Dictionary Server,是一个开源（BSD 许可）的，内存中的数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息中间件。

1. 业务背景

对于千万级学生系统，在考试期间，学生在线考试时，对试卷数据的请求峰值高，且对系统的响应时长有较高要求，因此试卷的存储方案提出了以下几点要求：

1、高并发场景下，系统稳定可靠

2、较低的响应速度

2. 约束和限制

1、支撑 1000 万学生系统访问试卷存储系统

2、使用 redis 存储

3. 总体架构

试卷存储使用 redis cluster 存储，通过部署 redis sentinel 保证高可靠。

3.1 架构分析

数据估算：

学生数量 1000 万，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，提交试卷的性能估算为 5 万请求/秒。

假设有 100 个学校，每个学校每年有 200 门课程需要考试，试卷各不相同，每年试卷数量为 2W。每份试卷包括 20 判断题、20 选择题、4 道大题（答案 200 字以 内）

3.1.1 高性能

如上面数据估算，试卷存储系统对查询性能要求比较高，同时试卷数据量比较小，试卷本身需要存储的内容比较少，故可以考虑使用 Redis 存储数据以供读取使用。

3.1.2 高可靠

由于每年的试卷数量相对比较平稳，不会出现突然变大、或者线性增长的情况，对存储系统的容量大小几乎没有什么压力，无需考虑后续扩容，故采用 redis sentinel 模式保证 redis 存储系统的高可靠。

考虑到试卷数据不能丢失，所以试卷数据保存到 redis 的同时，也要保存到 mysql 数据库一份（mysql 主备），降低数据丢失的可能性。

3.1.3 可扩展

试卷数据量比较小，暂不考虑可扩展性。

3.2 总体架构

1、采用 mysql 主备存储所有试卷数据，用于写试卷数据。

2、采用 redis sentinel 存储当年的试卷数据，用于读取试卷。

4. 详细设计

4.1 核心功能

1、考试月期间，教师登录学生管理系统，录入/修改试卷数据，删除相同 redis key 的数据，保存试卷数据到 mysql 数据库，再将数据保存到 redis 中（有效期为 2 个月），都保存成功则返回成功，数据失败则都返回失败，需要重新保存。

2、考试开始后，学生登录学生管理系统，获取考试的试卷编号信息，点击开始考试，去 redis 中获取试卷信息，如果试卷信息不存在，则需要去数据库中获取，并将试卷信息再保存到 redis 中。

3、考试结束，学生在学生管理系统中，提交试卷，将试卷结果信息保存到 HBase 数据库中。

4.2 关键设计

4.2.1 redis 数据结构

key：课程编号+年份+试卷编号

value：试卷数据使用 zset 数据结构保存，zset 中每个元素为一个实试题

有效期：1 个月

4.2.3 部署架构

redis sentinel 3 台集群

redis 1 主 2 从，内存：32G

4.3 设计规范

1、学生管理系统使用 java 开发，使用 redisson 开源组件接入 redis

5. 质量设计

5.1 可测试性

redis 有不少可视化工具可以直接查看 redis 资源情况，也可以通过工具（redis-rdb-tools）分析 redis 的性能使用情况。无需特殊设计。

5.2 可维护性

使用 redis 可视化工具维护，无需特别考虑

5.3 可观测性

使用 redis 可视化工具观测，无需特别考虑

5.4 成本

不涉及

6. 演进规划

[必选，可以是演进规划，也可以是项目计划，需要描述每个里程碑或者版本具体要实现的能力]

[样例：

6.1 消息队列一期

6.2 消息队列二期

]

[技巧：开发阶段快速迭代，小步快跑，但要基本完善后才能正式推出给其他人用]