Docker 中托管的微服务 - C#

介绍

此教程将详细介绍在 Docker 容器中生成和部署 ASP.NET Core 微服务时必须完成的任务。 在此教程中,你将了解:

  • 如何使用 Yeoman 生成 ASP.NET Core 应用程序
  • 如何创建 Docker 开发环境
  • 如何根据现有映像生成 Docker 映像。
  • 如何将服务部署到 Docker 容器中。

与此同时,你还将了解下面这些 C# 语言功能:

  • 如何将 C# 对象转换成 JSON 有效负载。
  • 如何生成不可变的数据传输对象
  • 如何处理传入的 HTTP 请求并生成 HTTP 响应
  • 如何使用可以为 null 的值类型

你可以查看或下载本主题的示例应用。 有关下载说明,请参阅示例和教程。

为什么要使用 Docker?

使用 Docker,可以轻松地创建标准计算机映像,从而在数据中心或公有云中托管服务。 使用 Docker,可以配置映像,并根据需要复制映像来扩展应用程序安装。

此教程中的所有代码适用于任何 .NET Core 环境。
附加 Docker 安装任务适用于 ASP.NET Core 应用程序。

先决条件

必须将计算机设置为运行 .Net Core。 有关安装说明,请访问 .NET Core 页。
可以在 Windows、Ubuntu Linux、macOS 或 Docker 容器中运行此应用程序。 必须安装常用的代码编辑器。 在以下说明中,我们使用的是开放源代码跨平台编辑器 Visual Studio Code。 不过,你可以使用习惯使用的任意工具。

还必须安装 Docker 引擎。 请参阅 Docker 安装页,了解适用于自己的平台的说明。
可以在许多 Linux 发行版本、macOS 或 Windows 中安装 Docker。 上面引用的页面分部分提供了各个可安装的版本。

大多数组件的安装是通过程序包管理器完成的。 如果已安装 node.js 的程序包管理器 npm,可跳过这一步。 否则,请从 nodejs.org 下载并安装最新的 NodeJs,即会安装 npm 程序包管理器。

此时,需要安装许多支持 ASP.NET Core 开发的命令行工具。 命令行模板使用 Yeoman、Bower、Grunt、和 Gulp。 如果已全部安装,可继续执行其他操作;否则,请在常用的命令行管理程序中键入以下命令:

npm install -g yo bower grunt-cli gulp

-g 选项指明此为全局安装,这些工具可在整个系统范围内使用。 (本地安装将包限定为只能供一个项目使用。) 安装这些核心工具后,必须安装 Yeoman ASP.NET 模板生成器:

npm install -g generator-aspnet

创建应用程序

至此,你已安装所有工具,是时候新建 ASP.NET Core 应用程序了。 若要使用命令行生成器,请在常用的命令行管理程序中执行以下 Yeoman 命令:

yo aspnet

此命令会提示你选择要创建的应用程序类型。 对于此微服务,需要的是最简单最轻量级的 Web 应用程序,因此选择“空 Web 应用程序”。 此模板会提示你选择名称。 选择“WeatherMicroservice”。

此模板将为你创建以下八个文件:

  • 为 ASP.NET Core 应用程序定制的 .gitignore 文件。
  • Startup.cs 文件。 其中包含应用程序的基本内容。
  • Program.cs 文件。 其中包含应用程序的入口点。
  • WeatherMicroservice.csproj 文件。 这是应用程序的生成文件。
  • Dockerfile。 此脚本将创建应用程序的 Docker 映像。
  • README.md 文件。 其中包含指向其他 ASP.NET Core 资源的链接。
  • web.config 文件。 其中包含基本配置信息。
  • runtimeconfig.template.json 文件。 其中包含 IDE 使用的调试设置。

现在可以运行模板生成的应用程序了。 为此,可通过命令行使用一系列工具。 dotnet 命令可运行 .NET 开发所需的工具。 每个谓词执行一个不同的命令

第一步是还原所有依赖项:

dotnet restore

dotnet restore 使用 NuGet 程序包管理器将所有必需包安装到应用程序目录中。 还将生成 project.json.lock 文件。 此文件包含引用的各个包的相关信息。 还原所有依赖项后,生成应用程序:

dotnet build

生成应用程序后,使用命令行运行程序:

dotnet run

默认配置侦听的是 http://localhost:5000 。 可以打开浏览器并转到相应页面,看到的是“Hello World!” 消息。

ASP.NET Core 应用程序剖析

至此,已生成应用程序,让我们来看看此应用程序功能是如何实现的。 此时,生成的文件中有两个需要特别关注:project.jsonStartup.cs

Project.json 包含项目相关信息。 经常要用到的两个节点是“依赖项”和“框架”。 “依赖项”节点列出了此应用程序需要的所有包。
此时,这是一个小型节点,只需要列出运行 Web 服务器的包。

“框架”节点指定了将运行此应用程序的 .NET Framework 的版本和配置。

此应用程序是在 Startup.cs 中实现。 此文件包含启动类。

ASP.NET Core 基础结构调用两种方法来配置并运行此应用程序。 ConfigureServices 方法描述了此应用程序所需的服务。 由于要生成的是精简的微服务,因此无需配置任何依赖项。 Configure 方法配置传入 HTTP 请求的处理程序。 模板生成简单的处理程序来响应所有关于文本“Hello World!”的请求。

生成微服务

要生成的服务将用于传递世界各地的天气预报。 在生产应用程序中,需要调用一些服务来检索天气数据。 在此示例中,我们将生成随机天气预报服务。

需要执行以下许多任务,才能实现随机天气预报服务:

  • 分析传入请求,读取经纬度。
  • 生成一些随机预报数据。
  • 将随机预报数据从 C# 对象转换成 JSON 数据包。
  • 将响应头设置为指示服务发送回 JSON。
  • 编写响应。

下面各部分将引导你逐一完成这些步骤。

分析查询字符串。

首先要分析查询字符串。 此服务接受在以下形式的查询字符串中使用“lat”和“long”自变量:

http://localhost:5000/?lat=-35.55&long=-12.35

只需更改定义为启动类中 app.Run 的自变量的 lambda 表达式。

lambda 表达式中的自变量是请求的 HttpContext。 其属性之一是 Request 对象。 Request 对象具有 Query 属性,其中包含请求查询字符串中所有值的字典。 第一次添加的代码是为了查找经纬度值:

//`ReadQueryString` 读取查询字符串中的变量
#region ReadQueryString
                var latString = context.Request.Query["lat"].FirstOrDefault();
                var longString = context.Request.Query["long"].FirstOrDefault();
#endregion

查询字典值属于 StringValue 类型。 此类型可以包含一系列字符串。 对于天气服务,每个值都是一个字符串。 正因如此,上面的代码调用 FirstOrDefault()

接下来,需要将字符串转换成双精度类型值。 用于将字符串转换成双精度类型值的方法是 double.TryParse()

bool TryParse(string s, out double result);

此方法利用 C# out 参数来指示能否将输入字符串转换成双精度类型值。 如果字符串确实是双精度类型值的有效表示形式,那么此方法会返回 true,并且 result 自变量中包含相应的值。 如果字符串不是双精度类型值的有效表示形式,则此方法返回 false

能够使用返回可以为 null 的双精度类型值扩展方法来调整此 API。 可以为 null 的值类型是某种值类型的类型表示形式,还可以保留缺少的值或 null 值。 可以为 null 的类型以类型声明中追加的 ? 字符表示。

虽然扩展方法被定义为静态方法,但可以在第一个参数中添加 this 修饰符,这样便能调用扩展方法,就像是相应类的成员方法一样。 只能在静态类中定义扩展方法。 下面定义了包含用于分析的扩展方法的类:

//返回可以为 null 的值的 TryParse 扩展方法
#region TryParseExtension
    public static class Extensions
    {
        public static double? TryParse(this string input)
        {
            double result;
            if (double.TryParse(input, out result))
            {
                return result;
            }
            else
            {
                return default(double?);
            }
        }
    }
#endregion

default(double?) 表达式返回 double? 类型的默认值。 默认值是 null(或缺少的)值。

可以使用此扩展方法将查询字符串自变量转换成双精度类型:

//使用 TryParse 扩展方法
#region UseTryParse
                var latitude = latString.TryParse();
                var longitude = longString.TryParse();
#endregion

为了能够轻松测试分析代码,请将响应更新为包含以下自变量值:

//编写输出响应
#region WriteResponse
                    await context.Response.WriteAsync($"Retrieving Weather for lat: {latitude}, long: {longitude}");                
#endregion

此时,可以运行 Web 应用程序,并检查分析代码是否有效。 在浏览器中向 Web 请求添加值,应该能够看到更新后的结果。

生成随机天气预报

下一个任务是生成随机天气预报。 让我们从包含天气预报所需值的数据容器入手:

public class WeatherReport
{
    private static readonly string[] PossibleConditions = new string[]
    {
        "Sunny",
        "Mostly Sunny",
        "Partly Sunny",
        "Partly Cloudy",
        "Mostly Cloudy",
        "Rain"
    };
    public int HiTemperature { get; }
    public int LoTemperature { get; }
    public int AverageWindSpeed { get; }
    public string Conditions { get; }
}

接下来,生成用于随机设置这些值的构造函数。 此构造函数将经纬度值用作随机数生成器的源。 也就是说,同一地理位置的天气预报也是相同的。 如果更改经纬度自变量,将会生成不同的天气预报(因为源不同)。

//WeatherReport 构造函数
#region WeatherReport
    public class WeatherReport
    {
        private static readonly string[] PossibleConditions = new string[]
        {
            "Sunny",
            "Mostly Sunny",
            "Partly Sunny",
            "Partly Cloudy",
            "Mostly Cloudy",
            "Rain"
        };


#region WeatherReportConstructor
        public WeatherReport(double latitude, double longitude, int daysInFuture)
        {
            var generator = new Random((int)(latitude + longitude) + daysInFuture);


            HiTemperature = generator.Next(40, 100);
            LoTemperature = generator.Next(0, HiTemperature);
            AverageWindSpeed = generator.Next(0, 45);
            Conditions = PossibleConditions[generator.Next(0, PossibleConditions.Length - 1)];
        }
#endregion


        public int HiTemperature { get; }
        public int LoTemperature { get; }
        public int AverageWindSpeed { get; }
        public string Conditions { get; }
    }
#endregion

现在可以在响应方法中生成 5 天的天气预报:

//生成随机天气预报
#region GenerateRandomReport
                if (latitude.HasValue && longitude.HasValue)
                {
                    var forecast = new List<WeatherReport>();
                    for (var days = 1; days < 6; days++)
                    {
                        forecast.Add(new WeatherReport(latitude.Value, longitude.Value, days));
                    }
#region ConvertToJSON
                    var json = JsonConvert.SerializeObject(forecast, Formatting.Indented);
                    context.Response.ContentType = "application/json; charset=utf-8";
                    await context.Response.WriteAsync(json);
#endregion
                }
#endregion
                else
                {
#region WriteResponse
                    await context.Response.WriteAsync($"Retrieving Weather for lat: {latitude}, long: {longitude}");                
#endregion
                }

生成 JSON 响应

服务器上的最后一项代码任务是,将 WeatherReport 数组转换成 JSON 数据包,然后将其发送回客户端。 首先,我们要创建 JSON 数据包。 将把 NewtonSoft JSON 序列化程序添加到依赖项列表中。 为此,请使用 dotnet CLI:

dotnet add package Newtonsoft.Json

然后,可以使用 JsonConvert 类将对象写入字符串:

//将对象转换成 JSON
#region ConvertToJSON
                    var json = JsonConvert.SerializeObject(forecast, Formatting.Indented);
                    context.Response.ContentType = "application/json; charset=utf-8";
                    await context.Response.WriteAsync(json);
#endregion

上面的代码将 forecast 对象(WeatherForecast 对象列表)转换成 JSON 数据包。 构造响应数据包后,将内容类型设置为 application/json,并编写字符串。

应用程序现在可以运行并返回随机天气预报。

生成 Docker 映像

最后一项任务是在 Docker 中运行应用程序。 我们将创建一个 Docker 容器,用于运行表示此应用程序的 Docker 映像。

Docker 映像是定义应用程序运行环境的文件。

Docker 容器表示 Docker 映像的正在运行实例。

通过类推,可以将 Docker 映像视为,将 Docker 容器视为对象或此类的实例。

ASP.NET 模板创建的 Dockerfile 可供我们自行使用。 我们先来介绍一下此文件的内容。

第一行指定的是源映像:

FROM microsoft/dotnet:1.1-sdk-msbuild

通过 Docker,可以根据源模板配置计算机映像。 也就是说,开始时并不需要提供所有计算机参数,只需提供全部更改。 此处所说的更改包括我们的应用程序在内。

在这第一个示例中,我们将使用 .NET 映像的 1.1-sdk-msbuild 版本。 这是创建有效 Docker 环境的最简单方式。 此映像包括 .NET Core 运行时和 .NET SDK。 这样更便于着手生成映像,但创建的映像会比较大。

接下来的五行代码用于设置并生成应用程序:

WORKDIR /app
# copy csproj and restore as distinct layers
COPY WeatherMicroservice.csproj .
RUN dotnet restore
# copy and build everything else
COPY . .
# RUN dotnet restore
RUN dotnet publish -c Release -o out

这会将当前目录中的项目文件复制到 Docker VM 中,并还原所有包。 使用 .NET CLI 意味着 Docker 映像必须包含 .NET Core SDK。 完成上述操作之后,应用程序的其余部分会得到复制,然后 .NET 发布命令会生成并打包应用程序。

此文件的最后一行代码用于运行应用程序:

ENTRYPOINT ["dotnet", "out/WeatherMicroservice.dll", "--server.urls", "http://0.0.0.0:5000"]

Dockerfile 最后一行代码中 dotnet--server.urls 自变量引用此配置端口。 ENTRYPOINT 命令用于指示 Docker 哪些命令和命令行选项启动了服务。

在容器中生成并运行映像

让我们在 Docker 容器中生成映像并运行服务。 不是要将本地目录中的所有文件都复制到映像中, 而是要在容器中生成应用程序。 将创建 .dockerignore 文件来指定不要复制到映像中的目录。 你不想复制任何生成资产。 请在 .dockerignore 文件中指定生成和发布目录:

bin/*
obj/*
out/*

使用 Docker 生成命令生成映像。 从包含代码的目录运行以下命令。

docker build -t weather-microservice .

此命令将根据 Dockerfile 中的所有信息生成容器映像。 -t 自变量提供此容器映像的标记或名称。 在上面的命令行中,Docker 容器的标记是 weather-microservice。 此命令完成后,就生成了一个可用于运行新服务的容器。

运行以下命令,启动容器和服务:

docker run -d -p 80:5000 --name hello-docker weather-microservice

-d 选项表示运行从当前终端拆离出来的容器。 也就是说,终端中不会显示命令输出。 -p 选项指示服务和主机之间的端口映射。 即指应将端口 80 上的所有传入请求都转发到容器上的端口 5000。 在上面的 Dockerfile 中指定的命令行自变量中,使用 5000 匹配服务要侦听的端口。 --name 自变量用于命名正在运行的容器。 此名称可方便与容器结合使用。

可以运行以下命令来确定映像能否正常运行:

docker ps

如果容器能正常运行,那么正在运行的进程中就会有一行列出它来 (可能是唯一一行)。

可以打开浏览器并转到 localhost,然后指定经纬度,从而测试服务:

http://localhost/?lat=35.5&long=40.75

附加到正在运行的容器

在命令窗口中运行服务时,可以查看针对各个请求打印输出的诊断信息。 如果容器是在拆离模式下运行,则看不到此类信息。 使用 Docker 附加命令,可以将窗口附加到正在运行的容器,以便查看日志信息。 在命令窗口中运行以下命令:

docker attach --sig-proxy=false hello-docker

--sig-proxy=false 自变量表示 Ctrl-C 命令未发送到容器进程,而是停止运行 docker attach 命令。 最后的自变量是为 docker run 命令中的容器命名的名称。

还可以使用 Docker 分配的容器 ID 来引用任何容器。 如果没有在 docker run 中命名容器,必须使用容器 ID。
打开浏览器并转到服务。 将可以在命令窗口中查看附加的正在运行的容器生成的诊断消息。

Ctrl-C 可停止附加进程。

使用完后,可以停止运行容器:

docker stop hello-docker

容器和映像仍可供重启。 若要从计算机中删除容器,可以运行以下命令:

docker rm hello-docker

若要从计算机中删除未使用的映像,可以运行以下命令:

docker rmi weather-microservice

结束语

在此教程中,你生成了 ASP.NET Core 微服务,并添加了一些简单的功能。

此外,你还生成了此服务的 Docker 容器映像,并在计算机上运行了相应的容器。 最后,你还将终端窗口附加到了服务中,并查看服务生成的诊断消息。

与此同时,你还了解了多项 C# 语言功能的实际运用。

你可能感兴趣的:(Docker容器技术,docker,微服务,c#)