架构设计的终极悖论：越完美越脆弱，过早地做优化反而是杀死初创公司的第一凶手！

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大家好，我是 Kenyon，一名在技术领域摸爬滚打快 20 年的技术老兵。之前跟大家分享过《DevOps平台的架构设计》和《大数据架构的设计》，这次我想跟大家聊一聊互联网公司基础架构的设计与搭建：我们如何构建一套既稳定可靠又能支撑未来业务增长的基础架构？是否一开始就需要像大公司那样采用微服务、K8s、服务网格这些高大上的技术栈？

这个问题很有代表性。作为一名在多家互联网公司负责过基础架构的技术专家，我见过太多团队因为架构设计不当，导致后期业务的发展受阻、系统的稳定性差，甚至不得不进行痛苦的重构。今天，就跟大家仔细地探讨一下互联网公司基础架构的设计与搭建之道。

核心观点：架构没有银弹，适合的才是最好的。互联网公司的基础架构应该根据业务的规模、团队的能力和发展的阶段，根据不同阶段而采用渐进式演进的一个过程。

一、基础架构设计的核心原则

在开始讨论具体的架构组件之前，我们需要先明确几个基础架构设计的核心原则。这些原则将指导我们在不同阶段做出合理的架构决策。

1.1 从业务出发，服务于业务

基础架构的首要目的就是为了更好地支撑业务的发展，而不是为了技术而技术。我还是强调那句："技术是为业务服务的"，脱离业务需求的架构设计，再先进也没有意义。

我曾经见过一个创业公司，研发团队只有 10 个人左右，却盲目地模仿大厂去搭建了完整的微服务架构，结果一个人要负责好几个微服务，开发时要在不同的项目之间切来切去，导致开发效率反而变低了，同时运维成本也响应变高，最终不得不简化架构。

实践原则：

• 架构的设计和决策要基于业务需求和业务特点出发，挑选最合适的技术栈和架构模式。

• 定期评估架构对业务的支撑程度是否合适，根据业务变化而调整。

• 避免盲目的追求技术先进性，应当保持对架构设计的克制度，避免过度设计。

1.2 良好的可扩展性是基础架构的生命线

互联网的业务最重要的一个特点就是用户量和业务量的快速增长。所以系统的基础架构必须要具备良好的可扩展性，能够随着业务的增长快速且平滑的进行扩容和扩展，否则就很容易错失了发展的机会了。

扩展性体现在三个方面：

• 水平扩展：通过增加服务实例的数量来提升系统的容量。

• 垂直扩展：单个组件内部的功能简单且快速扩展的能力。

• 地域扩展：能跨地域进行部署，可以快速支持全球化开展业务。

1.3 系统的稳定性和可靠性是底线

对于互联网公司来说，系统的稳定性直接关系到用户的体验和公司的声誉。一次重大的系统故障，可能会导致大量用户流失、品牌受损，甚至是直接的经济损失，所以我们要时刻地保持着对线上故障的敬畏之心。

保障稳定性的关键措施：

• 高可用设计：对所有的系统或者模块都进行高可用处理，消除可能存在的单点故障。

• 冗余设计：关键组件多重备份，确保在组件故障时能够快速切换到备用系统。

• 故障隔离：防止故障扩散，避免一个组件的故障影响到整个系统。

• 自动恢复：故障发生后能够自动恢复，减少人工干预和业务中断时间。

1.4 系统和数据的安全性不容忽视

随着数据泄露事件的频发和隐私保护法规逐渐的完善，系统和数据的安全性已经成为基础架构设计中不可忽视的一环。

安全架构参考要点：

• 网络安全：架设防火墙、DDoS 防护、WAF 等。

• 应用安全：访问的认证授权、输入的数据要进行有效的验证、防 SQL 注入和 CSRF 攻击等。

• 数据安全：数据的加密存储、关键和隐私数据进行脱敏、权限控制等。

• 运维安全：架设堡垒机、记录和长期保存审计日志、授权时采用最小权限原则等。

1.5 成本效益平衡

不管做任何的技术决策都需要考虑其成本和效益。特别是对于创业公司和成长型公司，一般都是资源比较有限，更需要在技术投入和业务回报之间找到合适的平衡点。

成本控制参考策略：

• 系统的开发和架构的设计都按需投入，避免过度设计。

• 优先使用开源技术和云服务，避免购买昂贵的各种软硬件。

• 建立资源利用率监控和优化机制，及时跟进和调整资源配置。

• 考虑 TCO(总拥有成本)而非仅关注初始投入成本。

二、互联网公司基础架构的核心组件

由于不同的公司规模和其业务的特点，基础架构的组件会有不同的实现方式和组合。不过一般大部分的互联网基础架构通常都会包含以下核心组件：

2.1 网络架构

网络架构是整个基础架构的骨架，它基本决定了各个组件之间的通信方式和数据的流向。

核心组成部分：

• 网络分区：通过 VLAN、子网等方式划分成不同的网络区域，提高网络的安全性和可管理性。

• 反向代理：提供系统的安全防护，请求和资源的缓存，请求的转发等功能。

• 负载均衡：分发流量，提高系统的吞吐量和可靠性，同时也可以实现系统的高可用。

• CDN (内容分发网络)：可以加速静态资源的访问速度，降低源站系统的压力。

• 专线/VPN：连接不同数据中心或办公网络，实现跨区域通信和数据传输。

架构演进的示例：

• 初创期：采取单数据中心部署，系统做简单的负载均衡实现高可用。

• 成长期：系统进行多可用区的部署，增加 CDN，提升系统的可用性和容错能力。

• 成熟期：架设专线或者 VPN，搭建多数据中心，全球分布式部署，实现跨区域的高可用和低延迟访问。

2.2 计算资源管理

计算资源管理是指对系统中的计算资源进行有效的分配、调度和监控，以确保系统的性能和资源利用率。选择合适的计算资源管理方式对系统性能和运维效率至关重要。

主要方案对比：

实践建议：

• 初创期：采用云服务虚拟机和云中间件，实现项目的快速部署和运行

• 成长期：引入容器化，提高资源利用率，实现系统的快速迭代和部署

• 成熟期：容器编排(K8s)，自动化运维，实现系统的自动化弹性扩容和收缩

2.3 存储系统

存储系统负责数据的持久化保存，是业务连续性的重要保障。不同类型的数据需要选择不同的存储方案。

存储类型与选择：

• 对象存储：适用于图片、视频、文档等非结构化数据，如 OSS、S3 等。

• 文件存储：适用于需要文件系统接口的场景，如 NAS 等。

• 块存储：适用于数据库、应用程序等需要高性能 I/O 的场景。

• 关系型数据库：适用于结构化数据，如 MySQL、PostgreSQL。

• NoSQL 数据库：适用于海量数据存储和高并发访问，如 MongoDB、Redis、Elasticsearch。

存储架构设计原则：

• 数据分层存储：根据访问频率和重要性分层存储，如将热数据存储在快速访问的存储设备上，冷数据存储在成本较高的存储设备上。

• 数据备份与恢复：定期备份，制定恢复策略，确保数据的安全性和可恢复性。

• 存储性能优化：读写分离、分片分库、缓存、索引优化等。

2.4 消息队列

消息队列是构建异步架构的重要组件，它可以解耦系统组件，提高系统的可靠性和弹性。

主要功能：

• 异步处理：将耗时操作异步化，减少主流程的等待时间，提高系统的响应速度。

• 流量削峰：缓冲瞬间涌进来的大量请求或者是消息，保护后端服务。

• 服务解耦：减少系统间的直接依赖，提高系统的可维护性和可扩展性。

• 事件驱动：实现基于事件的系统架构，实现系统之间的松耦合。

常用消息队列对比：

2.5 缓存系统

缓存是提高系统性能最有效的手段之一，可以非常显著地减少数据库压力，提升用户的体验。

缓存策略：

• 多级缓存：本地缓存 + 分布式缓存，分别负责不同的缓存场景。

• 缓存更新：Cache-Aside, Write-Through, Write-Behind 等策略，根据业务场景选择合适的更新或者销毁方式。

• 缓存一致性：采用合适的缓存失效或刷新的方式来解决缓存与数据库数据不一致的问题。

• 缓存穿透/击穿/雪崩：相应的防护措施，如缓存空对象、使用互斥锁、设置分散的过期时间等。

常用缓存技术：

• Redis：最常用也是最高性能的内存数据库，支持多种数据结构

• Memcached：简单高效的键值存储，Redis 也是基于它升级而来，增加了更多的功能和性能优化。

• Caffeine：高性能 Java 本地缓存库，提供了简单而强大的缓存功能，适用于单机本地应用。

2.6 监控与日志系统

监控与日志系统是保障系统稳定性的眼睛和耳朵，能够帮助我们及时发现和定位问题。

监控系统组件：

• 指标收集：Prometheus, Telegraf 等

• 可视化展示：Grafana, Kibana 等

• 告警系统：Alertmanager, 企业微信/钉钉告警等

• 应用性能监控：Jaeger、Skywalking, Zipkin、Pinpoint、New Relic 等

日志系统架构：

• 日志规范：统一所有的日志格式，便于分析

• 日志收集：Logstash、Filebeat, Fluentd 等

• 日志存储：Elasticsearch, ClickHouse 等

• 日志分析：ELK/EFK Stack

2.7 安全架构

安全架构应该贯穿整个基础架构的设计和实施过程，而不是事后添加的功能。

关键安全组件：

• WAF (Web 应用防火墙)：防护 Web 攻击，如 SQL 注入、XSS、CSRF 等。

• DDoS 防护：抵御分布式拒绝服务攻击，如云服务商提供的 DDoS 防护服务。

• 身份认证与授权：OAuth2, JWT, RBAC 等。

• 加密系统：传输加密(TLS/SSL)，存储加密等。

• 数据脱敏：对敏感数据进行动态脱敏或者静态脱敏处理，防止核心和隐私数据泄露被利用。

• 安全审计：记录和分析安全相关事件，及时发现和响应安全问题。

三、互联网公司基础架构的演进路径

互联网公司的基础架构肯定是不会一成不变的，它会随着业务发展而不断的演进。下面我将介绍一个典型的架构演进路径：

3.1 初创期：简单实用，快速验证业务模式

初创期的核心目标就是要快速验证业务的模式是否可行，基础架构应该做到简单而实用，避免过度的设计。

典型特征：

• 服务器规模小，通常使用云服务，如阿里云 ECS、腾讯云 CVM 等。

• 应用架构简单，能用单体应用就先用单体，但是要先规划好应用的功能模块，方便后面进行微服务化。

• 数据库单实例，简单地进行定期的全量备份和增量备份即可。

• 基本的监控和日志系统，确保我们对系统的运行状态和性能是了如指掌的。

建议架构：

• 前端：静态资源部署在 CDN，如阿里云 CDN、腾讯云 CDN 等。

• 应用：部署在 2-3 台服务器，然后做负载均衡，如阿里云 SLB、腾讯云 CLB 等。

• 数据库：单主从架构，主库负责写操作，从库负责读操作。

• 缓存：简单的 Redis 单实例，用于缓存热点数据。

• 监控：基础的服务器和应用监控，如阿里云监控、腾讯云监控等。

技术栈选择：

• 云服务：阿里云, 腾讯云、华为云、AWS 等

• 负载均衡：云服务商提供的负载均衡器

• 数据库：云数据库（如阿里云 RDS, 腾讯云 TDSQL, 华为云 GaussDB 等）

• 缓存：Redis Cluster

• 监控：云监控或简单的 Prometheus+Grafana

3.2 成长期：扩展能力，提升稳定性

随着业务的发展，用户量和订单量也会随之增长，基础架构也需要想办法去提升系统的扩展性和稳定性，支持业务的快速发展。

典型挑战：

• 系统负载增加，系统需要进行扩容。

• 部分单点的系统故障风险增加，需要引入高可用架构，如主从架构、多副本架构等。

• 数据量增长，需要优化存储，如分库分表、读写分离等。

• 开发和部署效率需要提升，需要拆分系统、引入 CI/CD 流程、自动化部署和测试等。

架构升级重点：

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3.3 成熟期：自动化，智能化，全球化

进入成熟期后，企业通常要面临更大的业务规模和更复杂的业务需求，基础架构就需要变得更加自动化、智能化，以支持业务的更大范围大扩张。

典型特征：

• 大规模微服务架构，服务数量预计会超过 100 个。

• 多数据中心部署，要覆盖全国甚至全球的多个区域。

• 自动化运维和智能调度，实现资源的高效利用。

• 完善的安全防护体系，保护业务数据和用户隐私。

架构优化重点：

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四、架构设计的实战经验分享

在我负责过的多个基础架构项目中，总结了一些实战的经验，希望对大家有所帮助。

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五、总结与行动建议

互联网公司的基础架构设计和搭建是一个非常复杂且持续投入的过程，需要根据业务不同的发展阶段和团队的能力进行合理规划和演进。

给不同阶段企业的行动建议：

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结语

最后，我想强调的是：基础架构不是一成不变的，是需要随着业务的发展而不断演进的。最重要的是保持架构的灵活性和可演进性，能够根据业务变化快速调整。记住，最好的架构不是最先进的，而是最适合当前业务需求和团队能力的。

在架构设计和演进过程中，要始终保持对业务的敏感度，将技术与业务进行紧密的结合，才能真正发挥基础架构的价值，有效地支撑业务的持续增长。

互动话题：你所在的公司处于哪个发展阶段？在基础架构方面遇到了哪些挑战？又是如何解决的？欢迎在评论区分享你的经验。

关于作者

Kenyon，资深软件架构师，15 年的软件开发和技术管理经验，从程序员做到企业技术高管。多年企业数字化转型和软件架构设计经验，善于帮助企业构建高质量、可维护的软件系统，目前专注架构设计、AI 技术应用和落地；全网统一名称“六边形架构“，欢迎关注交流。

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