你的应用什么时候该拆分到多个容器中？

Docker的最佳实践提出了“一个容器内只运行一个进程”之后，是否需要将应用拆分到多个容器中就成了一个热门话题。本文以一个普通的Java应用作为讨论，从软件设计的角度来介绍为什么要将其拆分到多个容器中。

假设一个标准的Java Web应用包含以下两部分：

1. 基于Struts框架的前端应用;
2. 基于Java EE的后端REST API服务;

这两部分通常运行在同一个容器（如Tomcat）中，相互之间基于REST接口进行交互。类似这种应用，我们应该将其拆分到不同的容器中运行吗？

简单的回答：我们应该将其拆分到不同的容器中，但这需要经过谨慎的考虑。

抛开一些“普适”的原则（如“一个容器只运行一个进程”），我们主要从应用本身和部署策略上进行考虑。

首先，我们抛开具体业务场景，做一些设计思考（Design Thinking）：

1. JVM本身支持多线程，因此通常的Java应用程序都运行在一个进程中，以多线程的方式进行并行处理。类似Tomcat这样的容器本身也支持将多个Java应用程序运行在一个Java进程中。
2. 事实上，很多已经容器化的应用，在容器中实际运行时也是多进程的,例如Apache的prefork模块。同时，当前流行的网络应用（如Nginx）大量使用事件驱动和反应器模式，这些设计的方向，都是将IO操作交给内核，将业务逻辑处理交给子进程（线程）。Linux内核非常善于调度子进程，但是这不是诸如Kubernetes、Swarm等容器调度工具擅长的地方。进程（线程）侧重于内核资源的划分，而容器侧重于集群资源的划分。
3. “一个容器只运行一个进程”的原则，更像一种哲学。作为工程师，我们应该从实际出发考虑技术架构和应用逻辑。同时这个“最佳实践”甚至没有获得广泛的赞同，它的传播可能是因为对Unix运作原理缺乏了解导致的。
4. Linux容器（LXC）历史上有很多种形式，其中很多是建议在一个容器中运行多个进程的。Linux容器实质上是clone系统调用、SELinux、cgroup等技术的组合，上层使用LXC或者Docker（libcontainer）对于这些底层技术是不相关的，因为最终都依赖于内核的隔离技术。
5. 进程间交互有多种形式，如套接字、文件、网络等，每种方式都有自己的优缺点。如果考虑将应用拆分到不同容器中，对应用程序内部组件之间的通信方式会有很大影响。
6. 代码、配置和数据的独立性，也对是否能够拆分到不同容器的重要考量。如果应用程序的代码、配置和数据相互独立性比较强，就能够方便的将其拆分成独立的组件，放置到独立的容器中；反之，如果应用内部分层不清，拆分成本会非常高。值得注意的是，我们没有必要为了容器化而对应用做过多的改造，只要能够按照Docker镜像的格式制作成镜像，我们仍然能够享受到Docker带来的便利：方便的分发（利用Docker注册中心）和运行（使用docker run命令）。

上面总结了一些从系统层面看是否需要拆分到多个容器，回到我们的例子：

1. 这两个Java组件功能上相互独立。一个是web前端，一个是API服务。由于它们是完全不同的服务，是否运行在一个JVM（Java进程）中对性能损耗非常小（当然，这只是相对的，因为它们将无法公用堆内存和垃圾回收）。
2. 这两个组件之间使用REST API进行交互，没有使用传统的进程间交互方式（套接字、共享内存等）。
3. web前端和API服务的使用场景不同，针对不同的场景，在运维层面可能需要独立的进行扩容。例如除了web前端之外，API服务还能提供给其他组件使用，因此API服务可能会因为接入方的变化需要独立扩容和缩容。这时候就是充分利用容器编排框架（如Kubernetes、Mesos、Swarm等）能力的时候了。

基于上述三点考虑，我会将这个Java应用的两个组件拆分到独立的容器中。同时建议配合使用诸如Kubernetes的容器编排框架，将两个服务关联到一起。

总结一下我们的“最佳实践”：

如果你的应用代码、配置和数据相对独立，并且有清晰的交互形式，将应用组件拆分到多个容器中是有意义的。

感谢郭蕾对本文的审校。

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