4 为速度而设计

在现代技术环境中，用户对速度的期望非常高。当Google搜索未能即时加载，或者应用程序的用户界面(UI)需要超过一毫秒的时间来响应时，我们会感到明显的延迟。数据库和数据存储系统必须在高吞吐量下迅速响应用户查询，以满足用户对实时或近乎实时体验的期望。

响应时间的重要性

• 亚毫秒级响应：对于内存中数据存储的操作，亚毫秒级的响应时间是提供良好用户体验的关键。
• 100毫秒规则：Paul Buchheit提出的100毫秒规则指出，所有交互的响应时间应快于100毫秒，因为这样的速度会让用户感觉交互是即时的。

延迟的感知

• 200毫秒的阈值：任何超过200毫秒的延迟都会被用户明显感知，导致用户体验下降。
• 应用场景：例如，如果支付请求的处理时间超过几秒钟，用户可能会怀疑交易是否成功，这可能会影响他们的购买决策。

设计原则

为了满足这些速度要求，现代数据基础设施的设计应遵循以下原则：

1. 优化数据库查询：确保Web API请求能够高效地转换为对主磁盘数据库的查询，并减少对内存中数据存储的操作次数。
2. 减少外部请求：通过使用图像精灵、内联SVG代码代替图标和徽标图像、合并和压缩HTML、CSS和JS文件等方法，减少对外部资源的依赖。
3. 使用内容分发网络(CDN)：通过将内容缓存在离用户更近的服务器上，减少数据传输的距离，从而降低延迟。
4. 缓存策略：在服务器和浏览器级别实施有效的缓存策略，以减少重复请求的处理时间。
5. 服务器端渲染：对于内容发布类网站，预先在服务器端渲染页面，以减少客户端的加载时间。

通过这些设计原则，可以显著提高应用程序的响应速度，从而提升用户满意度和业务成果。

5 安全设计

在数字化时代，个人信息和数据的在线共享变得日益频繁，这使得数据安全成为设计现代数据基础设施时的首要考量。随着应用程序收集用户在线行为数据，每个人都可能面临数据泄露、网络安全威胁和身份盗用的风险。因此，工程师在设计数据基础设施时，必须将安全性、合规性和数据完整性作为核心要素。

实施安全措施

1. 基于角色的访问控制（RBAC）：通过为用户分配角色并根据角色限制访问权限，RBAC提供了一种有效的访问管理方式。定期审查角色和权限分配对于防止未授权访问至关重要。
2. 访问控制列表（ACL）：ACL通过定义哪些用户或系统可以访问特定资源，提供了比RBAC更精细的访问控制。ACL的灵活性使其能够应用于多种资源类型，如文件、目录和网络设备。
3. 安全网络实践：保护数据传输和网络通信的安全是至关重要的。使用TLS和SSL等加密协议可以确保数据在传输过程中的安全。防火墙和安全组应根据组织的安全策略控制网络流量。网络划分有助于限制攻击范围和防止漏洞扩散。

保护数据共享

• 加密传输：使用加密技术保护数据在传输过程中的安全，防止数据在传输过程中被截获或篡改。
• 安全文件共享平台：利用Google Drive、Dropbox等安全文件共享平台，确保组织内部数据共享的安全性。
• 文档化和一致性：为数据共享程序制定清晰的文档和指南，有助于维护操作的一致性和安全性。

在设计现代数据基础设施时，安全性不应被视为附加功能，而应作为核心设计原则。通过实施RBAC、ACL和安全网络实践，可以构建一个强大的安全框架，有效应对各种威胁，保护软件和数据的安全。此外，保护数据共享机制和维护操作一致性也是确保数据安全的关键措施。

6 可维护性设计

在构建现代数据基础设施时，可维护性是一个关键考虑因素。过时的系统往往因为组件紧密耦合和架构僵化，导致在不增加维护复杂性的情况下难以进行配置、扩展和集成。为了克服这些挑战，以下是一些实用的设计策略：

1. 使用标准API。采用广泛认可和使用的API可以简化项目参与和工具集成。这样做不仅降低了学习曲线，还便于团队成员之间的知识和技能共享。
2. 无缝集成新技术。任何新技术的引入都应确保能与现有的部署、日志记录、监控、可观测性和安全工具无缝集成。这样的集成能力使得使用单一解决方案处理更多问题成为可能。
3. 简化设计。遵循“少即是多”的原则，尽量减少系统中的移动部件数量。简化的架构意味着更少的复杂性和更少的集成问题。在不影响功能的前提下，避免不必要的工具添加。
4. 微服务与容器化。采用微服务和容器化的架构可以使得单个组件的更新或替换变得更加容易。这种模块化的方法提高了系统的灵活性和可维护性。
5. 自动化。尽可能地将自动化应用于部署、扩展和监控等任务。自动化不仅减少了人为干预和潜在错误，还提高了操作的效率和可靠性。
6. 文档和标准化。在整个生态系统中维护高质量的文档和标准化流程至关重要。这有助于确保团队成员能够理解和遵循最佳实践，同时也便于新成员快速上手。