用Docker重新定义Java虚拟化部署

Docker是一个用于构建、分发、运行分布式应用的开源平台。Docker化的应用可以在开发者的电脑上运行，并能够被部署到生产的云环境中，Docker正以前所未有的方式在持续集成和持续部署中发挥着巨大作用。希云认为:在未来的工作中，Docker这个平台是每个开发者都应该熟悉的。

开源Java项目把Docker带给Java开发者，后面会解释为什么Docker对Java开发者那么重要，引导大家在Docker中安装并部署Java应用，并让大家看到如何把Docker集成到构建流程中。

>>Docker技术快速指南
Docker有它自己的术语，这些术语会在本文中反复用到，请先花一些时间去熟悉它们：
Docker引擎(Docker engine)：在服务器上的一个守护进程，它是你和Docker应用与所依赖的操作系统的桥梁。
Dockerfile: 一个文本文件，内容是用于构建Docker镜像的指令。
Docker 镜像:  构建一个Dockerfile的产物，构建过程中执行Dockerfile中的命令，会生成一个镜像。它首先会基于一个根系统（基础镜像）构建，然后安装应用，接着执行一系列命令来准备启动应用的环境。Docker镜像作为Docker容器的基础，相当于容器的一个静态模块。
Docker 容器: 一个Docker镜像的运行时实例，Docker镜像类似于模块的概念（从Dockerfile构建，这个Dockerfile包含了根系统，应用以及一系列构建镜像的命令），容器是那个镜像的一个实际能运行的实例。
Docker 宿主: 一个物理机或者虚拟机，在此系统上运行着Docker引擎，维持着容器所依赖的Dockerhub。
DockerHub : 官方的Docker镜像仓库，把DockerHub想象为GitHub仓库，对于Git来说是中央仓库，DockerHub是官方保存及提供Docker镜像的中央仓库。
cSphereHub: 希云官方的Docker微镜像仓库，DockerHub中有非常多的镜像，但cSphereHub中存放了精心挑选出来的，并精心制作的镜像。

 

>>>Docker简介

在二十多年前，软件应用曾经是非常庞大并且复杂的，会被部署在大型的计算机上。在Java的世界里边，我们开发的企业软件包(EAR)中，包含企业JavaBean(EJB)和web组件(WAR)，然后会部署在大型应用服务器上。为了能尽量有效地利用这些大型计算机上的资源，我们会尽最大能力去设计这些应用。

在21世纪早期，随着云计算的出现，开发者们开始使用虚拟机以及服务器集群，去扩展应用以满足需求。要以虚拟化的方式部署应用，应用必须被设计得与传统方式有所不同，轻量级，面向对象的应用成为新标准。我们学会了把软件做成各种能互联的服务集合，将各组件尽可能地设计成无状态。可扩展架构的概念和实现都发生了变化，不再是依赖于单台大型计算机的垂直扩展，开发者和架构师开始思考以水平扩展方式实现：如何把单个应用部署到数个轻量级的计算机上。

Docker的出现使虚拟化更向前迈进了一步，提供了一个轻量级的层，处于应用和所依赖的硬件中间，Docker把应用当作是宿主系统的一个进程来运行。图一对比了传统虚拟机和Docker。

图 1. 虚拟机与Docker的比较

传统的虚拟机会在宿主系统运行着一个虚拟机监视器，并在虚拟机中运行着一个完整的客户系统（GuestOS），应用依赖的所有包都在客户系统中。

相反地，Docker有个Docker引擎，也是一个运行在宿主系统的守护进程。Docker引擎把Docker容器中的系统调用，翻译成宿主系统的原生调用。一个Docker镜像，作为Docker容器的创建模板，只是包含了操作系统的最小层，以及仅仅是应用所需要的依赖库。

大家看起来感觉这些差异似乎不大，但实际上却是天壤之别。Docker的优势很大一部分都是在这点体现出来！

 

>>>理解进程虚拟化

我们仔细分析一下虚拟机中的操作系统，我们会留意到虚拟机中的资源，例如CPU和内存。但当我们运行一个Docker容器，我们会直接看到宿主机上的资源。我把Docker看成是进程级的虚拟化平台，而不是系统级的虚拟化平台。基本上，应用是作为一个独立的自包含进程运行在宿主机上，Docker通过借助着Linux上几个强大的组件，实现了隔离性，确保了每个进程都是操作系统上的独立进程。

因为Docker化的应用与宿主机上的进程运行方式类似，所以设计上也和虚拟机中的应用不同。举个例子说，我们通常会在一个虚拟机上运行Tomcat和MySQL数据库，但Docker的实践中，我们会把app服务器与数据库分别部署，各自运行在不同的容器中。这样让Docker更好地管理宿主系统上的独立单元，这意味着要更有效率地使用Docker，我们需要以适当的粒度设计应用，例如微服务的方式。

 

>>>Docker中的微服务

简单来说，微服务是一种可以促进系统模块化的架构方式。在微服务架构中，复杂的应用以更小的独立进程组成，各个进程有一个或多个特定的功能，应用与语言无关的API和其他进程通信。

微服务是通过粒度非常小，高度解耦的服务集合，来提供单一或多个相关联的功能。例如，如果你正在管理着一个用户中心和购物车，那你很可能是选择把它们设计成独立的服务，如用户中心服务和购物车服务；而不是把两个模块打成一个包作为一个服务运行。更具体来说，使用微服务意味着构建web services，而且是最常见的[RESTful web service] ，并把它们按功能分组。在Java中，我们会把这些服务打成WAR包，并部署到一个容器中，例如Tomcat，然后运行Tomcat和Docker容器中的服务。

 

>>>安装Docker

在我们深入研究Docker之前，先让我们把本地环境搭建起来。如果你正在使用Linux系统，那非常好，你可以直接安装并运行Docker。对于那些使用Windows或者Mac的用户来说，Docker可以通过一个叫Docker Toolbox的工具来使用，这个工具会安装一个虚拟机(使用Oracle的Virtual Box)，这个虚拟机中会运行着包含Docker守护进程的Linux系统。我们可以使用Docker客户端把指令发送给守护进程处理，注意，你不需要管理这个虚拟机，只要安装这个工具并执行Docker命令行工具即可。

开始从[Mac]，[Windows]，或[Linux]相应的文档里[下载Docker]。

我的电脑是Mac，所以我下载并运行了Mac版的Docker Toolbox安装包，之后我运行了Docker Quickstart终端，这样会启动一个Virtual Box镜像和一个命令行终端。这个安装过程与Windows下的基本相同，更多请参考Windows版的文档。

 

>>>DockerHub: Docker的镜像仓库

我们开始使用Docker之前，先花几分钟去访问一下[cSphereHub](https://csphere.cn/hub/)，这个镜像仓库。浏览一下cSphereHub，你会发现上边有数个镜像，精挑细选的微镜像。如果使用cSphere管理平台，添加**微镜像仓库**后，仓库里面包含了docker官方的一些镜像。镜像仓库中有基础系统，如Alpine, Ubuntu，或者Java相关的如Tomcat, jdk, jre等等。你还可以发现几乎所有流行的应用上边都会有，包括MySQL, MongoDB, Neo4j, Redis, Memcached, Postgres, Nginx, Node.js, WordPress, PHP, Perl, Ruby等等。在你打算自行构建一个新镜像之前，请确认cSphereHub,或者DockerHub上有没有。

作为一个练习，我们运行一个简单的CentOS镜像，在Docker Toolbox的命令行中输入：

```sh
$ docker run -it centos
```

这个docker命令是你与Docker守护进程的主要接口。run指令告诉Docker去下载并运行指定的镜像(假设在本地还没有这个镜像)。又或者，你可以用pull命令直接下载一个镜像但不运行它。有两个参数：<code>i</code> 会让Docker用交互模式运行，<code>t</code> 会让它创建一个TTY终端。注意非官方的镜像使用既定的格式"用户名/镜像名"，而官方的镜像会省略用户名，所以我们只需要指定"<code>centos</code>"来运行镜像即可。另外，也可以在镜像名后加“:版本号”指定版本号，例如，<code>centos:7</code>。每个镜像默认使用的都是最新版本，当前CentOS最新版本号是7.

在运行<code>$ docker run -it centos </code>之后，你会见到Docker开始下载这个镜像，完成后会见到类似以下的输出：
```sh
$ docker run -it centos
[root@dcd69de89aad /]#   
```
因为我们用了交互模式去运行，它显示了一个root用户的shell命令提示符。查看一下这个系统，然后使用<code>exit</code>退出。

可以用<code>docker images</code>命令来查看系统中已下载好的镜像：
```sh
$ docker images
REPOSITORY                  TAG                 IMAGE ID            CREATED             VIRTUAL SIZE
java                        8                   5282faca75e8        4 weeks ago         817.6 MB
tomcat                      latest              71093fb71661        8 weeks ago         347.7 MB
centos                      latest              7322fbe74aa5        11 weeks ago        172.2 MB
```
你可以看到我已经有了最新版的CentOS、Tomcat和Java 8。

未完待续...

感谢您阅读此文！下周我们将分享《用Docker重新定义Java虚拟化》的实战篇和回顾篇，请保持关注！

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