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大家好，我是Kenyon，一名在技術領域摸爬滾打快20年的技術老兵。之前跟大家分享過《DevOps平台的架構設計》和《大數據架構的設計》，這次我想跟大家聊一聊互聯網公司基礎架構的設計與搭建：我們如何構建一套既穩定可靠又能支撐未來業務增長的基礎架構？是否一開始就需要像大公司那樣採用微服務、K8s、服務網格這些高大上的技術棧？

這個問題很有代表性。作為一名在多家互聯網公司負責過基礎架構的技術專家，我見過太多團隊因為架構設計不當，導致後期業務的發展受阻、系統的穩定性差，甚至不得不進行痛苦的重構。今天，就跟大家仔細地探討一下互聯網公司基礎架構的設計與搭建之道。

核心觀點：架構沒有銀彈，適合的才是最好的。互聯網公司的基礎架構應該根據業務的規模、團隊的能力和發展的階段，根據不同階段而採用漸進式演進的一個過程。

一、基礎架構設計的核心原則

在開始討論具體的架構組件之前，我們需要先明確幾個基礎架構設計的核心原則。這些原則將指導我們在不同階段做出合理的架構決策。

1.1 從業務出發，服務於業務

基礎架構的首要目的就是為了更好地支撐業務的發展，而不是為了技術而技術。我還是強調那句："技術是為業務服務的"，脱離業務需求的架構設計，再先進也沒有意義。

我曾經見過一個創業公司，研發團隊只有10個人左右，卻盲目地模仿大廠去搭建了完整的微服務架構，結果一個人要負責好幾個微服務，開發時要在不同的項目之間切來切去，導致開發效率反而變低了，同時運維成本也響應變高，最終不得不簡化架構。

實踐原則：

• 架構的設計和決策要基於業務需求和業務特點出發，挑選最合適的技術棧和架構模式。
• 定期評估架構對業務的支撐程度是否合適，根據業務變化而調整。
• 避免盲目的追求技術先進性，應當保持對架構設計的剋制度，避免過度設計。

1.2 良好的可擴展性是基礎架構的生命線

互聯網的業務最重要的一個特點就是用户量和業務量的快速增長。所以系統的基礎架構必須要具備良好的可擴展性，能夠隨着業務的增長快速且平滑的進行擴容和擴展，否則就很容易錯失了發展的機會了。

擴展性體現在三個方面：

• 水平擴展：通過增加服務實例的數量來提升系統的容量。
• 垂直擴展：單個組件內部的功能簡單且快速擴展的能力。
• 地域擴展：能跨地域進行部署，可以快速支持全球化開展業務。

1.3 系統的穩定性和可靠性是底線

對於互聯網公司來説，系統的穩定性直接關係到用户的體驗和公司的聲譽。一次重大的系統故障，可能會導致大量用户流失、品牌受損，甚至是直接的經濟損失，所以我們要時刻地保持着對線上故障的敬畏之心。

保障穩定性的關鍵措施：

• 高可用設計：對所有的系統或者模塊都進行高可用處理，消除可能存在的單點故障。
• 冗餘設計：關鍵組件多重備份，確保在組件故障時能夠快速切換到備用系統。
• 故障隔離：防止故障擴散，避免一個組件的故障影響到整個系統。
• 自動恢復：故障發生後能夠自動恢復，減少人工干預和業務中斷時間。

1.4 系統和數據的安全性不容忽視

隨着數據泄露事件的頻發和隱私保護法規逐漸的完善，系統和數據的安全性已經成為基礎架構設計中不可忽視的一環。

安全架構參考要點：

• 網絡安全：架設防火牆、DDoS防護、WAF等。
• 應用安全：訪問的認證授權、輸入的數據要進行有效的驗證、防SQL注入和CSRF攻擊等。
• 數據安全：數據的加密存儲、關鍵和隱私數據進行脱敏、權限控制等。
• 運維安全：架設堡壘機、記錄和長期保存審計日誌、授權時採用最小權限原則等。

1.5 成本效益平衡

不管做任何的技術決策都需要考慮其成本和效益。特別是對於創業公司和成長型公司，一般都是資源比較有限，更需要在技術投入和業務回報之間找到合適的平衡點。

成本控制參考策略：

• 系統的開發和架構的設計都按需投入，避免過度設計。
• 優先使用開源技術和雲服務，避免購買昂貴的各種軟硬件。
• 建立資源利用率監控和優化機制，及時跟進和調整資源配置。
• 考慮TCO(總擁有成本)而非僅關注初始投入成本。

二、互聯網公司基礎架構的核心組件

由於不同的公司規模和其業務的特點，基礎架構的組件會有不同的實現方式和組合。不過一般大部分的互聯網基礎架構通常都會包含以下核心組件：

2.1 網絡架構

網絡架構是整個基礎架構的骨架，它基本決定了各個組件之間的通信方式和數據的流向。

核心組成部分：

• 網絡分區：通過VLAN、子網等方式劃分成不同的網絡區域，提高網絡的安全性和可管理性。
• 反向代理：提供系統的安全防護，請求和資源的緩存，請求的轉發等功能。
• 負載均衡：分發流量，提高系統的吞吐量和可靠性，同時也可以實現系統的高可用。
• CDN (內容分發網絡)：可以加速靜態資源的訪問速度，降低源站系統的壓力。
• 專線/VPN：連接不同數據中心或辦公網絡，實現跨區域通信和數據傳輸。

架構演進的示例：

• 初創期：採取單數據中心部署，系統做簡單的負載均衡實現高可用。
• 成長期：系統進行多可用區的部署，增加CDN，提升系統的可用性和容錯能力。
• 成熟期：架設專線或者VPN，搭建多數據中心，全球分佈式部署，實現跨區域的高可用和低延遲訪問。

2.2 計算資源管理

計算資源管理是指對系統中的計算資源進行有效的分配、調度和監控，以確保系統的性能和資源利用率。選擇合適的計算資源管理方式對系統性能和運維效率至關重要。

主要方案對比：

實踐建議：

• 初創期：採用雲服務虛擬機和雲中間件，實現項目的快速部署和運行
• 成長期：引入容器化，提高資源利用率，實現系統的快速迭代和部署
• 成熟期：容器編排(K8s)，自動化運維，實現系統的自動化彈性擴容和收縮

2.3 存儲系統

存儲系統負責數據的持久化保存，是業務連續性的重要保障。不同類型的數據需要選擇不同的存儲方案。

存儲類型與選擇：

• 對象存儲：適用於圖片、視頻、文檔等非結構化數據，如OSS、S3等。
• 文件存儲：適用於需要文件系統接口的場景，如NAS等。
• 塊存儲：適用於數據庫、應用程序等需要高性能I/O的場景。
• 關係型數據庫：適用於結構化數據，如MySQL、PostgreSQL。
• NoSQL數據庫：適用於海量數據存儲和高併發訪問，如MongoDB、Redis、Elasticsearch。

存儲架構設計原則：

• 數據分層存儲：根據訪問頻率和重要性分層存儲，如將熱數據存儲在快速訪問的存儲設備上，冷數據存儲在成本較高的存儲設備上。
• 數據備份與恢復：定期備份，制定恢復策略，確保數據的安全性和可恢復性。
• 存儲性能優化：讀寫分離、分片分庫、緩存、索引優化等。

2.4 消息隊列

消息隊列是構建異步架構的重要組件，它可以解耦系統組件，提高系統的可靠性和彈性。

主要功能：

• 異步處理：將耗時操作異步化，減少主流程的等待時間，提高系統的響應速度。
• 流量削峯：緩衝瞬間涌進來的大量請求或者是消息，保護後端服務。
• 服務解耦：減少系統間的直接依賴，提高系統的可維護性和可擴展性。
• 事件驅動：實現基於事件的系統架構，實現系統之間的鬆耦合。

常用消息隊列對比：

2.5 緩存系統

緩存是提高系統性能最有效的手段之一，可以非常顯著地減少數據庫壓力，提升用户的體驗。

緩存策略：

• 多級緩存：本地緩存 + 分佈式緩存，分別負責不同的緩存場景。
• 緩存更新：Cache-Aside, Write-Through, Write-Behind等策略，根據業務場景選擇合適的更新或者銷燬方式。
• 緩存一致性：採用合適的緩存失效或刷新的方式來解決緩存與數據庫數據不一致的問題。
• 緩存穿透/擊穿/雪崩：相應的防護措施，如緩存空對象、使用互斥鎖、設置分散的過期時間等。

常用緩存技術：

• Redis：最常用也是最高性能的內存數據庫，支持多種數據結構
• Memcached：簡單高效的鍵值存儲，Redis也是基於它升級而來，增加了更多的功能和性能優化。
• Caffeine：高性能Java本地緩存庫，提供了簡單而強大的緩存功能，適用於單機本地應用。

2.6 監控與日誌系統

監控與日誌系統是保障系統穩定性的眼睛和耳朵，能夠幫助我們及時發現和定位問題。

監控系統組件：

• 指標收集：Prometheus, Telegraf等
• 可視化展示：Grafana, Kibana等
• 告警系統：Alertmanager, 企業微信/釘釘告警等
• 應用性能監控：Jaeger、Skywalking, Zipkin、Pinpoint、New Relic等

日誌系統架構：

• 日誌規範：統一所有的日誌格式，便於分析
• 日誌收集：Logstash、Filebeat, Fluentd等
• 日誌存儲：Elasticsearch, ClickHouse等
• 日誌分析：ELK/EFK Stack

2.7 安全架構

安全架構應該貫穿整個基礎架構的設計和實施過程，而不是事後添加的功能。

關鍵安全組件：

• WAF (Web應用防火牆)：防護Web攻擊，如SQL注入、XSS、CSRF等。
• DDoS防護：抵禦分佈式拒絕服務攻擊，如雲服務商提供的DDoS防護服務。
• 身份認證與授權：OAuth2, JWT, RBAC等。
• 加密系統：傳輸加密(TLS/SSL)，存儲加密等。
• 數據脱敏：對敏感數據進行動態脱敏或者靜態脱敏處理，防止核心和隱私數據泄露被利用。
• 安全審計：記錄和分析安全相關事件，及時發現和響應安全問題。

三、互聯網公司基礎架構的演進路徑

互聯網公司的基礎架構肯定是不會一成不變的，它會隨着業務發展而不斷的演進。下面我將介紹一個典型的架構演進路徑：

3.1 初創期：簡單實用，快速驗證業務模式

初創期的核心目標就是要快速驗證業務的模式是否可行，基礎架構應該做到簡單而實用，避免過度的設計。

典型特徵：

• 服務器規模小，通常使用雲服務，如阿里雲ECS、騰訊雲CVM等。
• 應用架構簡單，能用單體應用就先用單體，但是要先規劃好應用的功能模塊，方便後面進行微服務化。
• 數據庫單實例，簡單地進行定期的全量備份和增量備份即可。
• 基本的監控和日誌系統，確保我們對系統的運行狀態和性能是瞭如指掌的。

建議架構：

• 前端：靜態資源部署在CDN，如阿里雲CDN、騰訊雲CDN等。
• 應用：部署在2-3台服務器，然後做負載均衡，如阿里雲SLB、騰訊雲CLB等。
• 數據庫：單主從架構，主庫負責寫操作，從庫負責讀操作。
• 緩存：簡單的Redis單實例，用於緩存熱點數據。
• 監控：基礎的服務器和應用監控，如阿里雲監控、騰訊雲監控等。

技術棧選擇：

• 雲服務：阿里雲, 騰訊雲、華為雲、AWS等
• 負載均衡：雲服務商提供的負載均衡器
• 數據庫：雲數據庫（如阿里雲RDS, 騰訊雲TDSQL, 華為雲GaussDB等）
• 緩存：Redis Cluster
• 監控：雲監控或簡單的Prometheus+Grafana

3.2 成長期：擴展能力，提升穩定性

隨着業務的發展，用户量和訂單量也會隨之增長，基礎架構也需要想辦法去提升系統的擴展性和穩定性，支持業務的快速發展。

典型挑戰：

• 系統負載增加，系統需要進行擴容。
• 部分單點的系統故障風險增加，需要引入高可用架構，如主從架構、多副本架構等。
• 數據量增長，需要優化存儲，如分庫分表、讀寫分離等。
• 開發和部署效率需要提升，需要拆分系統、引入CI/CD流程、自動化部署和測試等。

架構升級重點：

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3.3 成熟期：自動化，智能化，全球化

進入成熟期後，企業通常要面臨更大的業務規模和更復雜的業務需求，基礎架構就需要變得更加自動化、智能化，以支持業務的更大範圍大擴張。

典型特徵：

• 大規模微服務架構，服務數量預計會超過100個。
• 多數據中心部署，要覆蓋全國甚至全球的多個區域。
• 自動化運維和智能調度，實現資源的高效利用。
• 完善的安全防護體系，保護業務數據和用户隱私。

架構優化重點：

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四、架構設計的實戰經驗分享

在我負責過的多個基礎架構項目中，總結了一些實戰的經驗，希望對大家有所幫助。

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五、總結與行動建議

互聯網公司的基礎架構設計和搭建是一個非常複雜且持續投入的過程，需要根據業務不同的發展階段和團隊的能力進行合理規劃和演進。

給不同階段企業的行動建議：

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結語

最後，我想強調的是：基礎架構不是一成不變的，是需要隨着業務的發展而不斷演進的。最重要的是保持架構的靈活性和可演進性，能夠根據業務變化快速調整。記住，最好的架構不是最先進的，而是最適合當前業務需求和團隊能力的。

在架構設計和演進過程中，要始終保持對業務的敏感度，將技術與業務進行緊密的結合，才能真正發揮基礎架構的價值，有效地支撐業務的持續增長。

互動話題：你所在的公司處於哪個發展階段？在基礎架構方面遇到了哪些挑戰？又是如何解決的？歡迎在評論區分享你的經驗。

關於作者

Kenyon，資深軟件架構師，15年的軟件開發和技術管理經驗，從程序員做到企業技術高管。多年企業數字化轉型和軟件架構設計經驗，善於幫助企業構建高質量、可維護的軟件系統，目前專注架構設計、AI技術應用和落地；全網統一名稱“六邊形架構“，歡迎關注交流。

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