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Spring Boot 分层构建 Docker 镜像实战
目錄
一、什么是鏡像分層
二、SpringBoot 2.3.x 新增對分層的支持
三、創(chuàng)建測試的 SpringBoot 應(yīng)用
1、Maven 中引入相關(guān)依賴和插件
2、創(chuàng)建測試的 Controller 類
3、創(chuàng)建 SpringBoot 啟動類
四、創(chuàng)建兩種構(gòu)建鏡像的 Dockerfile 腳本
1、普通鏡像構(gòu)建腳本文件 dockerfile-normal
2、分層鏡像構(gòu)建腳本文件 dockerfile-layer
五、使用兩種 Dockerfile 構(gòu)建項目鏡像
1、在服務(wù)器一構(gòu)建普通 Docker 鏡像
2、在服務(wù)器二構(gòu)建分層 Docker 鏡像
六、鏡像推送到鏡像倉庫測試
1、推送鏡像到鏡像倉庫測試
2、鏡像倉庫拉取鏡像測試
七、鏡像構(gòu)建、推送、拉取時間匯總
1、不使用分層構(gòu)建鏡像
2、使用分層構(gòu)建鏡像
3、總結(jié)
系統(tǒng)環(huán)境：
Docker 版本：19.03.13
Open JDK 基礎(chǔ)鏡像版本：openjdk:8u275
私有的 Harbor 鏡像倉庫：自建 Harbor 私庫
項目 Github：SpringBoot 2.3.x 分層構(gòu)建 Docker 鏡像示例
作者：超級小豆丁，鏈接：www.mydlq.club/article/98/
一、什么是鏡像分層
鏡像的構(gòu)成
現(xiàn)在一談起鏡像大部分都是指 Docker 引擎構(gòu)建的鏡像，一般 Docker 鏡像是由很多層組成，底層是操作系統(tǒng)，然后在其之上是基礎(chǔ)鏡像或者用戶自定義 Dockerfile 腳本中定義的中間層。其中鏡像在構(gòu)建完成后，用戶只能對鏡像進行讀操作，而不能進行寫操作，只有鏡像啟動后變?yōu)槿萜?#xff0c;才能進行讀寫操作。鏡像整體結(jié)構(gòu)，可以觀看下圖：
該圖中展示了鏡像的基本組成，但是圖中這一個個中間層是什么呢？要想了解這些層具體是什么，那得知道如何構(gòu)建 Docker 鏡像了。平時我們構(gòu)建 Docker 鏡像時候，都是編寫 Dockerfile 腳本，然后使用 Docker 鏡像構(gòu)建命令，按照腳本一行行執(zhí)行構(gòu)建。
PS：更多 Docker 和 Spring Boot 的文章可以關(guān)注微信公眾號「Java后端」回復(fù)「666」下載技術(shù)棧手冊。
如下就是一個 Dockerfile 腳本，腳本內(nèi)容就構(gòu)建 Java 項目鏡像常用的 Dockerfile 命令：
FROM?openjdk:8u275 VOLUME /tmp ADD target/*.jar?app.jar ENV TZ="Asia/Shanghai" ENV JAVA_OPTS="" ENV JVM_OPTS="-XX:MaxRAMPercentage=80.0" ENTRYPOINT ["sh","-c","java $JVM_OPTS?$JAVA_OPTS?-jar /app.jar"]有了 Dockerfile 腳本，我們需要執(zhí)行 Docker 的構(gòu)建鏡像命令對執(zhí)行 Dockerfile 腳本構(gòu)建鏡像，其中構(gòu)建鏡像的過程如下：
## 構(gòu)建鏡像的命令 $?docker build -t java-test:latest . ## 命令執(zhí)行的過程 Step 1/7 : FROM openjdk:8u275--->?82f24ce79de6 Step 2/7 : VOLUME /tmp--->?Running in?a6361fdfc193 Removing intermediate container a6361fdfc193--->?a43948bf1b98 Step 3/7 : ADD target/*.jar app.jar--->?18f4bc60818f Step 4/7 : ENV TZ="Asia/Shanghai"--->?Running in?cc738aa5865b Removing intermediate container cc738aa5865b--->?538adb85609e Step 5/7 : ENV JAVA_OPTS=""--->?Running in?f8b635d32b2b Removing intermediate container f8b635d32b2b--->?34e7a8cd7b6e Step 6/7 : ENV JVM_OPTS="-XX:MaxRAMPercentage=80.0"--->?Running in?9331cb6e443e Removing intermediate container 9331cb6e443e--->?232b9c6c1d29 Step 7/7 : ENTRYPOINT ["sh","-c","java $JVM_OPTS $JAVA_OPTS -jar /app.jar" ]--->?Running in?c3a24fba3a10 Removing intermediate container c3a24fba3a10--->?a41974d5f0e3可以看到總共存在 7 個構(gòu)建步驟，每步都與 Dockerfile 里面一行指令對應(yīng)。樣子和下圖相似：
如果這時候，我們改變原來 Dockerfile 內(nèi)容，創(chuàng)建一個新的鏡像，其 Dockerfile 如下：
FROM?openjdk:8u275 VOLUME /tmp ADD target/*.jar?app.jar ENV TZ="Asia/Macao"??????????????????#與原來 Dockerfile 不同 ENV JVM_OPTS="-Xmx512m -Xss256k"?????#與原來 Dockerfile 不同 ENTRYPOINT ["sh","-c","java $JVM_OPTS?$JAVA_OPTS?-jar /app.jar"?]執(zhí)行 Docker 命令構(gòu)建鏡像：
$?docker build -t java-test2:latest .Step 1/6 : FROM openjdk:8u275--->?82f24ce79de6 Step 2/6 : VOLUME /tmp--->?Using cache--->?a43948bf1b98 Step 3/6 : ADD target/*.jar app.jar--->?Using cache--->?18f4bc60818f Step 4/6 : ENV TZ="Asia/Macao"--->?Running in?fd98b90a5485 Removing intermediate container fd98b90a5485--->?afab3fcdab07 Step 5/6 : ENV JVM_OPTS="-Xmx512m -Xss256k"--->?Running in?19a99576fba9 Removing intermediate container 19a99576fba9--->?4eeab7d7c720 Step 6/6 : ENTRYPOINT ["sh","-c","java $JVM_OPTS $JAVA_OPTS -jar /app.jar" ]--->?Running in?2dba72e1eef4 Removing intermediate container 2dba72e1eef4--->?7c706ecf7698可以觀察到執(zhí)行過程中，從一開始執(zhí)行的構(gòu)建步驟中顯示，并沒有生成新的中間層鏡像，而是直接使用了已經(jīng)存在的緩存鏡像。直至 4?6 這部中，由于新的 Dockerfile 與原來 Dockerfile 發(fā)生變動，所以這部中間層鏡像直接是新創(chuàng)建的，并沒有使用緩存中間層鏡像。
然后往下觀察，發(fā)現(xiàn)之后的全部構(gòu)建都是新創(chuàng)建的中間層鏡像，即是腳本最后的一行和原來相同，也沒有使用緩存中間層鏡像。
上面現(xiàn)象說明，Docker 鏡像在構(gòu)建過程中按照 Dockerfile 自上往下的執(zhí)行順序中，如果從最上層開始，其腳本內(nèi)容和已有的緩存中間層鏡像內(nèi)容一致，就會引入緩存中的中間層鏡像（并不是直接復(fù)制緩存鏡像，而是引入鏡像文件地址，多個鏡像共享這些中間層鏡像）。但是，如果執(zhí)行過程中中間任意一行鏡像構(gòu)建的內(nèi)容發(fā)生變化，那么當(dāng)前行和之后的全部行在執(zhí)行時就不會使用緩存中的中間層鏡像，而是全部創(chuàng)建新的鏡像。
這就是 Docker 鏡像中緩存中間層鏡像的復(fù)用，學(xué)會使用緩存構(gòu)建鏡像將大大減少存儲空間的占用以及鏡像的構(gòu)建的構(gòu)建速度，鏡像的緩存不僅僅體現(xiàn)在鏡像的構(gòu)建上，在執(zhí)行”鏡像推送”、”鏡像拉取”操作時都能觀察到其的好處。
鏡像緩在鏡像推送的體現(xiàn)： 如鏡像推送時候，也是將鏡像整體構(gòu)成的中間層鏡像并行推送到鏡像倉庫，如果鏡像倉庫中已經(jīng)存某個中間層鏡像，那么推送過程就不會再次將該層鏡像推送到鏡像倉庫，而是將倉庫中并不存在中間層鏡像推送到其中。
鏡像緩存在鏡像拉取的體現(xiàn)： 在拉取鏡像時候，如果本地某個大鏡像的中間層鏡像的組成中，已經(jīng)包含新拉取鏡像的中間層部分鏡像，那么將直接復(fù)用本地已經(jīng)鏡像的中間層鏡像，不必再將其進行拉取，而本地不存在的中間層鏡像將會被繼續(xù)拉取。
說了這么多，相信大家已經(jīng)對鏡像緩存的使用有了初步了解，那么再談及為什么需要鏡像分層就很好解釋，其原因就是 Docker 想提高資源的復(fù)用率，將一個大鏡像拆分成很多層小鏡像組成，以達到鏡像中間層的復(fù)用的目的。
二、SpringBoot 2.3.x 新增對分層的支持
SpringBoot 2.3.x 以后支持分層打包應(yīng)用，需要 Pom.xml 中引入 SpringBoot 2.3.x 后的父依賴和使用 SpringBoot 打包插件 spring-boot-maven-plugin，并且開啟 layers 功能，然后執(zhí)行 Maven 編譯源碼構(gòu)建 Jar 包，使用該 Jar 包就可以構(gòu)建基于分層模式的 Docker 鏡像：
項目 pom.xml 中引入 SpringBoot 2.3.x 依賴：
<parent><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId><version>2.3.6.RELEASE</version><relativePath/> </parent>項目 pom.xml 中引入 spring-boot-maven-plugin 打包插件，并且開啟分層功能：
<build><plugins><plugin><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId><configuration><!--開啟分層編譯支持--><layers><enabled>true</enabled></layers></configuration></plugin></plugins> </build>執(zhí)行 Maven 命令，構(gòu)建分層的 JAR 包，命令和平時的 Maven 構(gòu)建命令相同：
$?mvn install觀察 Jar 結(jié)構(gòu)，可以看到里面多了 classpath.idx 與 layers.idx 兩個文件：
classpath.idx： 文件列出了依賴的 jar 包列表，到時候會按照這個順序載入。
layers.idx： 文件清單，記錄了所有要被復(fù)制到 Dokcer 鏡像中的文件信息。
根據(jù)官方介紹，在構(gòu)建 Docker 鏡像前需要從 Jar 中提起出對應(yīng)的分層文件到 Jar 外面，可用使用下面命令列出可以從分層 Jar 中提取出的文件夾信息：
$?java -Djarmode=layertools -jar target/springboot-layer-0.0.1.jar list可用該看到以下輸出，下面的內(nèi)容就是接下來使用分層構(gòu)建后，生成的 Jar 提取出對應(yīng)資源后的結(jié)構(gòu)：
dependencies spring-boot-loader snapshot-dependencies application上面即是使用分層工具提取 Jar 的內(nèi)容后生成的文件夾，其中各個文件夾作用是：
dependencies： 存儲項目正常依賴 Jar 的文件夾。
snapshot-dependencies： 存儲項目快照依賴 Jar 的文件夾。
resources： 用于存儲靜態(tài)資源的文件夾。
application： 用于存儲應(yīng)用程序類相關(guān)文件的文件夾。
三、創(chuàng)建測試的 SpringBoot 應(yīng)用
創(chuàng)建測試的 SpringBoot 項目，并且在 pom.xml 中開啟鏡像分層。
1、Maven 中引入相關(guān)依賴和插件
<?xml version="1.0"?encoding="UTF-8"?> <project?xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><modelVersion>4.0.0</modelVersion><parent><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId><version>2.3.6.RELEASE</version></parent><artifactId>springboot-dockerfile-layer</artifactId><packaging>jar</packaging><name>springboot-dockerfile-layer</name><description>springboot build layer example</description><dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency></dependencies><build><plugins><plugin><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId><configuration><layers><enabled>true</enabled></layers></configuration></plugin></plugins></build></project>2、創(chuàng)建測試的 Controller 類
3、創(chuàng)建 SpringBoot 啟動類
四、創(chuàng)建兩種構(gòu)建鏡像的 Dockerfile 腳本
為了方便體現(xiàn)出 SpringBoot 2.3.x 支持的分層構(gòu)建 Dockerfile 的優(yōu)點，這里在 Java 源碼文件夾下，創(chuàng)建普通與分層兩種構(gòu)建鏡像的 Dockerfile 腳本，后續(xù)會使用這兩種腳本構(gòu)建 Docker 鏡像進行構(gòu)建速度、推送速度、拉取速度的對比。
1、普通鏡像構(gòu)建腳本文件 dockerfile-normal
FROM?openjdk:8u275 VOLUME /tmp ADD target/*.jar?app.jar RUN sh -c 'touch /app.jar' ENV TZ="Asia/Shanghai" RUN ln -snf /usr/share/zoneinfo/$TZ?/etc/localtime && echo $TZ?> /etc/timezone ENV JVM_OPTS="-XX:MaxRAMPercentage=80.0" ENV JAVA_OPTS="" ENTRYPOINT [ "sh", "-c", "java $JAVA_OPTS?-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom -jar /app.jar $APP_OPTS"?]說明：
TZ： 時區(qū)設(shè)置，而 Asia/Shanghai 表示使用中國上海時區(qū)。
JVM_OPTS： 指定 JVM 啟動時候的參數(shù)，-XX:MaxRAMPercentage 參數(shù)和 -Xmx 類似，都是限制堆內(nèi)存大小，只不過 -Xmx 需要手動指定限制大小，而 -XX:MaxRAMPercentage 則是根據(jù)虛擬機可用內(nèi)存百分比限制。
JAVA_OPTS： 在鏡像啟動時指定的自定義 Java 參數(shù)，例如 -Dspring.application.name=xxx。
2、分層鏡像構(gòu)建腳本文件 dockerfile-layer
FROM?openjdk:8u275 as builder WORKDIR application COPY target/*.jar?application.jar RUN java -Djarmode=layertools -jar application.jar extractFROM openjdk:8u275 WORKDIR application COPY --from=builder application/dependencies/ ./ COPY --from=builder application/snapshot-dependencies/ ./ COPY --from=builder application/spring-boot-loader/ ./ COPY --from=builder application/application/ ./ ENV TZ="Asia/Shanghai" RUN ln -snf /usr/share/zoneinfo/$TZ?/etc/localtime && echo $TZ?> /etc/timezone ENV JVM_OPTS="-XX:MaxRAMPercentage=80.0" ENV JAVA_OPTS="" ENTRYPOINT ["sh","-c","java $JVM_OPTS?$JAVA_OPTS?org.springframework.boot.loader.JarLauncher"]說明：
TZ： 時區(qū)設(shè)置，而 Asia/Shanghai 表示使用中國上海時區(qū)。
-Djarmode=layertools： 指定構(gòu)建 Jar 的模式。
extract： 從 Jar 包中提取構(gòu)建鏡像所需的內(nèi)容。
-from=builder 多級鏡像構(gòu)建中，從上一級鏡像復(fù)制文件到當(dāng)前鏡像中。
五、使用兩種 Dockerfile 構(gòu)建項目鏡像
1、在服務(wù)器一構(gòu)建普通 Docker 鏡像
(1) 第一次構(gòu)建
## 執(zhí)行 Maven 命令，將源代碼構(gòu)建 Jar 包 $?mvn clean install## 構(gòu)建 SpringBoot 應(yīng)用的 Docker 鏡像 $?time docker build -t hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.1 .Docker 鏡像構(gòu)建總共花費 24.98s 時間。
(2) 第二次構(gòu)建（修改依賴 pom.xml 文件）
## 修改 pom.xml 里面的依賴，隨意添加一個新的依賴包，然后再次將源代碼構(gòu)建 Jar 包 $?mvn clean install## 構(gòu)建 SpringBoot 應(yīng)用的 Docker 鏡像 $?time docker build -t hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.2 .Docker 鏡像構(gòu)建總共花費 1.27s 時間。
(3) 第三次構(gòu)建（修改代碼內(nèi)容）
## 修改源代碼任意內(nèi)容后，然后再次將源代碼構(gòu)建 Jar 包 $?mvn clean install## 構(gòu)建 SpringBoot 應(yīng)用的 Docker 鏡像 $?time docker build -t hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.3 .Docker 鏡像構(gòu)建總共花費 1.32s 時間。
2、在服務(wù)器二構(gòu)建分層 Docker 鏡像
(1) 第一次構(gòu)建
## 執(zhí)行 Maven 命令，將源代碼構(gòu)建 Jar 包 $?mvn clean install## 構(gòu)建 SpringBoot 應(yīng)用的 Docker 鏡像 $?time docker build -t hub.mydlq.club/library/springboot-layer:0.0.1 .Docker 鏡像構(gòu)建總共花費 26.12s 時間。
(2) 第二次構(gòu)建（修改依賴 pom.xml 文件）
## 修改 pom.xml 里面的依賴，隨意添加一個新的依賴包，然后再次將源代碼構(gòu)建 Jar 包 $?mvn clean install## 構(gòu)建 SpringBoot 應(yīng)用的 Docker 鏡像 $?time docker build -t hub.mydlq.club/library/springboot-layer:0.0.2 .Docker 鏡像構(gòu)建總共花費 3.44s 時間。
(3) 第三次構(gòu)建（修改代碼內(nèi)容）
## 修改源代碼任意內(nèi)容后，然后再次將源代碼構(gòu)建 Jar 包 $?mvn clean install## 構(gòu)建 SpringBoot 應(yīng)用的 Docker 鏡像 $?time docker build -t hub.mydlq.club/library/springboot-layer:0.0.3 .Docker 鏡像構(gòu)建總共花費 2.82s 時間。
六、鏡像推送到鏡像倉庫測試
1、推送鏡像到鏡像倉庫測試
服務(wù)器一推送普通鏡像到鏡像倉庫1：
## 第一次推送鏡像 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.1real 0m35.215s## 第二次推送鏡像 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.2real 0m14.051s## 第三次推送鏡像 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.3real 0m14.183s服務(wù)器二推送分層鏡像到鏡像倉庫2：
## 第一次推送鏡像 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-layer:0.0.1real 0m34.121s## 第二次推送鏡像 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-layer:0.0.2real 0m13.605s## 第三次推送鏡像 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-layer:0.0.3real 0m4.805s2、鏡像倉庫拉取鏡像測試
服務(wù)器一推送從鏡像倉庫1拉取鏡像：
## 清理全部鏡像 $?docker rm --force $(docker images -qa)## 拉取鏡像 springboot-normal:0.0.1 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.1real 0m35.395s## 拉取鏡像 springboot-normal:0.0.2 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.2real 0m6.501s## 拉取鏡像 springboot-normal:0.0.3 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.3real 0m6.993s服務(wù)器二推送從鏡像倉庫2拉取鏡像：
## 清理全部鏡像 $?docker rm --force $(docker images -qa)## 拉取鏡像 springboot-layer:0.0.1 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.1real 0m30.615s## 拉取鏡像 springboot-layer:0.0.2 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.2real 0m4.811s## 拉取鏡像 springboot-layer:0.0.3 $?time docker push hub.mydlq.club/library/springboot-normal:0.0.3real 0m1.293s七、鏡像構(gòu)建、推送、拉取時間匯總
1、不使用分層構(gòu)建鏡像
如下圖：
2、使用分層構(gòu)建鏡像
如下圖：
3、總結(jié)
上面進行了使用 SpringBoot2.3.x 分層的方式構(gòu)建鏡像與普通的方式構(gòu)建鏡像，在鏡像的構(gòu)建、推送、拉取方面進行了執(zhí)行速度對比，總結(jié)出如下結(jié)論：
鏡像構(gòu)建： 在構(gòu)建上，使用分層 Jar 構(gòu)建鏡像可能比普通方式構(gòu)建鏡像更繁瑣，所以也更耗時，故而在構(gòu)建上分層 Jar 構(gòu)建鏡像沒有太多優(yōu)勢。
鏡像推送： 在推送上，如果每次構(gòu)建鏡像都只是修改構(gòu)建鏡像項目的源碼，使用分層 Jar 構(gòu)建鏡像，可以大大加快鏡像推送速度。
如果是修改構(gòu)建鏡像項目中的依賴包，則和普通構(gòu)建一樣速度很慢。
鏡像拉取： 拉取和推送類似，如果只修改構(gòu)建鏡像項目的源碼，只會拉取源碼相關(guān)的中間層鏡像，該層非常小（一般幾百KB），拉取速度自然非常快。
而對構(gòu)建鏡像項目的依賴包進行變動（增加依賴、刪除依賴、修改依賴版本等），則會和普通方式構(gòu)建鏡像一樣，拉取速度很慢，這是因為依賴包層是中間層鏡像最大的一層（一般在10MB~200MB之間），如果該層發(fā)生變動則整個層會進行重新拉取，這樣速度自然會很慢。
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以上是生活随笔為你收集整理的Spring Boot 分层构建 Docker 镜像实战的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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