26. 互联网公司的基础架构应该怎么设计和搭建呢？

Kenyon大约 20 分钟

26. 互联网公司的基础架构应该怎么设计和搭建呢？

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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：

方案	优势	劣势	适用场景
物理服务器	性能好，稳定性高	成本高，灵活性差	高性能计算，特殊硬件需求
虚拟机	资源隔离，灵活性好	资源开销大，启动慢	传统应用，混合云场景
容器	轻量级，快速启动	需要额外的编排工具	微服务，持续集成/部署
Serverless	按需付费，无需管理基础设施	有使用限制，成本不确定性	事件驱动型应用，流量波动大的场景

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：

消息队列	特点	适用场景
RabbitMQ	成熟稳定，功能丰富	企业级应用，复杂路由场景
Kafka	高吞吐量，持久化	日志收集，流处理
RocketMQ	高可靠，低延迟	金融级应用，交易系统
Redis	简单轻量，内存存储	实时性要求高的短消息