Docker多阶段构建实战(multi-stage builds)

在编写Dockerfile构建docker镜像时，常遇到以下问题：

1. RUN命令会让镜像新增layer，导致镜像变大，虽然通过&&连接多个命令能缓解此问题，但如果命令之间用到docker指令例如COPY、WORKDIR等，依然会导致多个layer；
2. 有些工具在构建过程中会用到，但是最终的镜像是不需要的（例如用maven编译构建java工程），这要求Dockerfile的编写者花更多精力来清理这些工具，清理的过程又可能导致新的layer；

为了解决上述问题，从17.05版本开始Docker在构建镜像时增加了新特性：多阶段构建(multi-stage builds)，将构建过程分为多个阶段，每个阶段都可以指定一个基础镜像，这样在一个Dockerfile就能将多个镜像的特性同时用到，例如：先用maven镜像构建java工程，再把构建结果和jre合成，就做成了一个可以直接运行java工程镜像了；

官方描述如下图所示，地址是：https://docs.docker.com/develop/develop-images/multistage-build/

官方的实例是golang的，今天我们以maven构建springboot工程为例，实战如何使用multi-stage特性构建java微服务镜像；

环境信息

本次实战的环境信息如下：

1. 操作系统：Ubuntu 18.04.2 LTS
2. Docker：18.06.1-ce
3. Java：1.8.0_191
4. Maven：3.6.1

实战源码

本次实战用到的源码是个普通springboot工程，功能是SpringCloud中的注册中心eureka，您可以在Github下载，地址和链接如下所示：

名称	链接	备注
项目主页	https://github.com/zq2599/blog_demos	该项目在GitHub上的主页
git仓库地址(https)	https://github.com/zq2599/blog_demos.git	该项目源码的仓库地址，https协议
git仓库地址(ssh)	[email protected]:zq2599/blog_demos.git	该项目源码的仓库地址，ssh协议

这个git项目中有多个文件夹，本章源码在springcloudscaledemo这个文件夹下，如下图红框所示：

springcloudscaledemo文件夹内有三个工程，本次实战用到的是eureka-server，如下图：

准备材料

在能正常运行docker的电脑上新建一个目录，例如我这里是ubuntu系统上/home/willzhao/temp/201906/02，将maven工程eureka-server复制到这个目录下；

避免每次构建镜像都下载工程所需的jar包

构建镜像过程中会用maven构建springboot工程，会下载springboot工程依赖的jar包，此过程很漫长，如果您多次构建Dockerfile镜像，那么每次都要经历这个过程，为了避免每次都下载，请做如下操作：

1. 找一个可以运行maven的环境，把eureka-server工程复制到这个环境上；
2. 在eureka-server目录下执行命令mvn clean package -U -DskipTests，开始构建此工程；
3. 构建成功后，进入本地的maven缓存目录，通常是用户的home目录下的.m2文件夹，里面有个名为repository的目录；
4. 将整个repository目录复制到前面提到的/home/willzhao/temp/201906/02目录下，和eureka-server放在同一目录，如下图：
   
   这样，在编写Dockerfile的时候只要用这个repository覆盖镜像中的maven缓存，在编译时就不会去maven的中央仓库下载jar了，会节省很多时间。

编写Dockerfile

在/home/willzhao/temp/201906/02目录下创建文件Dockerfile，内容如下所示：

# Docker image for multi stage build
# VERSION 0.0.1
# Author: bolingcavalry

### 第一阶段，用maven镜像进行编译
FROM maven:3.6.1 AS compile_stage

####################定义环境变量 start####################
#定义工程名称，也是源文件的文件夹名称
ENV PROJECT_NAME eureka-server
#定义工作目录
ENV WORK_PATH /usr/src/$PROJECT_NAME
####################定义环境变量 start####################

#作者
MAINTAINER BolingCavalry <[email protected]>

#将源码复制到当前目录
COPY ./$PROJECT_NAME $WORK_PATH

#如果前面您已经准备好了repository目录，就可以用来替换镜像中的repository目录了，先删除镜像中已有的repository
RUN rm -rf /root/.m2/repository

#将准备好的repository文件夹复制进来，这样相当于镜像环境中已经有了java工程所需的jar，可以避免去maven中央仓库下载
COPY ./repository /root/.m2/repository

#编译构建
RUN cd $WORK_PATH && mvn clean package -U -DskipTests

### 第二阶段，用第一阶段的jar和jre镜像合成一个小体积的镜像
FROM java:8-jre-alpine

####################定义环境变量 start####################
#定义工程名称，也是源文件的文件夹名称
ENV PROJECT_NAME eureka-server
#定义工程版本
ENV PROJECT_VERSION 0.0.1-SNAPSHOT
#定义工作目录
ENV WORK_PATH /usr/src/$PROJECT_NAME
####################定义环境变量 start####################

#安全起见不用root账号，新建用户admin
RUN adduser -Dh /home/admin admin

#工作目录是/app
WORKDIR /app

#从名为compile_stage的stage复制构建结果到工作目录
COPY --from=compile_stage $WORK_PATH/target/${PROJECT_NAME}-${PROJECT_VERSION}.jar .

#启动应用
CMD ["sh", "-c", "java -jar /app/${PROJECT_NAME}-${PROJECT_VERSION}.jar --spring.profiles.active=dev"]

上面就是分成了两个阶段构建的Dockerfile脚本，请参考每行的注释来理解，有以下几点需要重点关注：

1. 一共有两次FROM指令出现，而最终的镜像是基于最后一个FROM生成的；
2. PROJECT_NAME这个环境变量被定义了两次（ENV PROJECT_NAME），因为前面阶段定义的环境变量在后面的阶段是用不了的；
3. COPY --from=compile_stage这个命令，可以将指定阶段的文件复制到当前阶段来，这一步很关键，第一阶段用maven构建出来的jar文件，通过该命令复制到后面的阶段来使用了；
4. 最后一个FROM是java:8-jre-alpine，这是精简版的java运行环境镜像，最终镜像的内容就是jre和maven的构建结果，而前面的maven镜像和最终构建结果无关；

构建镜像

在Dockerfile所在目录执行以下命令即可构建镜像：

docker build -t bolingcavalry/multi-stage-build:0.0.1-SNAPSHOT .

输出的部分结果信息如下：

...
Step 13/16 : RUN adduser -Dh /home/admin admin
 ---> Running in 20421e52c3e6
Removing intermediate container 20421e52c3e6
 ---> dfb33f654436
Step 14/16 : WORKDIR /app
 ---> Running in d17f74e9c119
Removing intermediate container d17f74e9c119
 ---> bbd17f2d0777
Step 15/16 : COPY --from=compile_stage $WORK_PATH/target/${PROJECT_NAME}-${PROJECT_VERSION}.jar .
 ---> 5d194c2a6b17
Step 16/16 : CMD ["sh", "-c", "java -jar /app/${PROJECT_NAME}-${PROJECT_VERSION}.jar --spring.profiles.active=dev"]
 ---> Running in 2cb771e5af44
Removing intermediate container 2cb771e5af44
 ---> b05fc74903ed
Successfully built b05fc74903ed
Successfully tagged bolingcavalry/multi-stage-build:0.0.1-SNAPSHOT

查看镜像的体积如下，148兆，符合预期：

REPOSITORY                        TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
bolingcavalry/multi-stage-build   0.0.1-SNAPSHOT      b05fc74903ed        2 minutes ago       148MB
maven                             3.6.1               740262c47f21        3 days ago          614MB
java                              8-jre-alpine        fdc893b19a14        2 years ago         108MB

验证镜像是否可用

1. 执行以下命令可以用最新的镜像启动一个容器：

docker run -p 8080:8082 bolingcavalry/multi-stage-build:0.0.1-SNAPSHOT

在前面Dockerfile文件的CMD命令中指定了profile参数为dev，所以application-dev.properties文件会生效，这里面定义的端口号是8082，所以docker run命令中通过-p参数将容器的8082端口映射到宿主机8080端口
2. 用浏览器访问宿主机的8080端口，看服务是否正常，如下图：

至此，docker的多阶段构建实战就完成了，这是个很实用功能，在您构建镜像的过程中如果想用到多个镜像的能力，又不想自己去做相关的集成和清理工作，并且对镜像体积有要求的时候，希望本文能给您一些参考。

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