千万级学生管理系统的考试试卷存储方案

一、 Redis缓存结构设计

1. 考试与试卷关系存储结构

用于存储 考试关联的试卷，通过一场考试找到对应的试卷

key：学校id+考试id

value：试卷id集合

一场考试可能会关联多份试卷（比如：单双号），一个人考试时抽取其中的一份试卷进行考试。

每场考试都是唯一的，所以考试id可以唯一标识一场考试，key前缀使用学校id进行组织隔离

2. 试卷存储结构

用于存储试卷中的题目信息

key：学校id+试卷id

value：题目集合

试卷id可以唯一标识一份试卷，所以采用试卷id做key，前缀使用学校id进行组织隔离

3. 试卷答案存储结构

用于存储试卷中题目的答案信息

key：学校id+试卷id+answer

value：题目集合（题目id及答案）

题目答案在试卷中不允许存放，防止将答案下发给考生，所以单独用key存储题目的答案信息，而且学生答案校验一般是考试结束才会进行分数计算，所以题目数据不单独存储，使用试卷直接获取所有答案进行分数计算

二、 考试试卷读写流程

1. 创建考试试卷流程

2. 学生考试时试卷获取流程

3. 学生考试结束流程

三、 考试试卷性能评估

1. 写性能

一个专业有10门课,一个学校40个专业，1000万学生按每个学校20000学生计算，大概为500所学校，学校每学期进行一次期末考试，考试结束后试卷缓存就可以清除，所以缓存中只需要考虑一次期末考试即可

一个学校单次考试总数：10（门课）*40（专业）*4（个年级）=1600场考试
总考试数量：1600（单个学校）*500 = 80万

经过分析：单学期考试大概会有80万场考试，不考虑一场考试多套试卷情况（这种情况相对会少很多），会有80万份试卷数据缓存

一份试卷由20道判断题，20道选择题，4道大题组成，判断题、选择题：单题200字（600字节），答题：单题400汉字（1200字节），一份试卷大概：，80万份试卷需要21GB存储

总结：单节点Redis存储80万份考试没问题，使用64GB内存服务器即可

2. 读性能

根据第六讲考试性能分析：请求试卷为5万/每秒，对应redis来说 5万读请求单节点应该没有压力。

试卷请求流量大概有5万*28KB≈1G,Redis单节点无法满足读取要求，按照每个节点100MB的网络，需要10个节点可以满足网络吞吐要求，使用Redis主从架构或者Redis sentinel 集群，每个节点存储全量数据

总结：由于网络吞吐的限制，需要10个Redis节点分摊读请求压力，采用32G内存服务器，100MB带宽

3. 总结

平常教学期间： 学校考试集中在每学期末，平常使用人数相对较少，Redis服务部署3个节点即可，使用Redis sentinel 集群，方便在高峰期进行扩缩容

考试高峰期：大部分学校都会在学期末进行集中考试，使用10台32G内存服务器，每台需要100MB带宽，使用Redis sentinel 集群进行读写分离，可以方便的进行横向扩展