优化Docker中的Spring Boot应用：单层，双层镜像方法
Docker功能强大且易于使用。Docker允许开发人员研制的软件创建可移植的镜像。这些镜像可重复地部署。你可以很容易地从Docker中获得很多价值，但是要从Docker中获得最大的价值，需要理解一些概念。在进行持续集成和持续交付时，如何构建Docker镜像具有重要的作用。在本文中，我将重点介绍在进行迭代开发和部署时，如何采用更有效的方法为Spring Boot应用程序构建Docker镜像。为Spring Boot应用程序构建Docker镜像的标准方法有一些缺点，因此在这里我们要介绍如何做得更好。
Docker关键概念
Docker有四个关键概念： images, layers, Dockerfile 和 Docker cache 。简而言之，Dockerfile描述了如何构建Docker镜像。镜像由许多层组成。Dockerfile从基础镜像开始，并添加了其他层。当新内容添加到镜像时，将生成一个新层。所构建的每个层都被缓存，因此可以在后续构建中重复使用。当Docker构建运行时，它可以从缓存中获取重复使用任何已有层。这就减少了每次构建所需的时间和空间。任何已更改或以前尚未构建的内容都将根据需要进行构建。
Docker更新频率
镜像层内容很重要
镜像各层的重要性。Docker缓存中的现有层，只有当改镜像层内容没有变更时，才能被使用。在Docker构建期间更改的层越多，Docker需要执行更多的工作来重建镜像。镜像层顺序也很重要。如果某个图层的所有父图层均未更改，则该图层就能被重用。因此，最好把比较频繁更改的图层放在上面，以便对其更改会影响较少的子图层。
镜像层的顺序和内容很重要。当你把应用程序打包为Docker镜像时，最简单的方法是将整个应用程序放置到一个单独的镜像层中。但是，如果该应用程序包含大量静态库依赖，那么即使更改很少的代码，也需要重新构建整个镜像层。这就需要在Docker缓存中，花费大量构建时间和空间。
镜像层影响部署
部署Docker镜像时，镜像层也很重要。在部署Docker镜像之前，它们会被推送到Docker远程仓库。该仓库是所有部署镜像的源头，并且经常包含同一镜像的许多版本。Docker非常高效，每个层仅存储一次。但是，对于频繁部署且具有不断重建的大体积层的镜像，这就不行了。大体积层的镜像，即使内部只有很少的更改，也必须单独存储在仓库中并在网络中推送。因为需要移动并存储不变的内容，这就会增加部署时间，
Docker中的Spring Boot应用
使用uber-jar方法的Spring Boot应用程序本身就是独立的部署单元。该模型非常适合在虚拟机或构建包上进行部署，因为该应用程序可带来所需的一切。但是，这对Docker部署是一个缺点：Docker已经提供了打包依赖项的方法。将整个Spring Boot JAR放入Docker镜像是很常见的，但是，这会导致Docker镜像的应用程序层中的不变内容太多。
Java SpringBoot单层
Spring社区中正在进行有关减少运行Spring Boot应用程序时的部署大小和时间的讨论，尤其是在Docker中。在我看来，这最终是在简单性与效率之间进行权衡。为Spring Boot应用程序构建Docker镜像的最常见方法是我所说的“单层”方法。从技术上讲，这不是正确的，因为Dockerfile实际上创建了多个层，但是对于讨论来说已经足够了。
单层方法
让我们看一下单层方法。单层方法快速，简单，易于理解和使用。Docker的Spring Boot指南 列出了单层Dockerfile来构建你的Docker镜像：
FROM openjdk:8-jdk-alpine
VOLUME /tmp
ARG JAR_FILE
COPY ${JAR_FILE} app.jar
ENTRYPOINT ["java","-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom","-jar","/app.jar"]
它的最终结果是一个正常运行的Docker镜像，其运行方式与你期望Spring Boot应用程序运行的方式完全相同。但是，由于它基于整个应用程序JAR，因此存在分层效率问题。随着应用程序源的更改，整个Spring Boot JAR都会被重建。下次构建Docker镜像时，将重新构建整个应用程序层，包括所有不变的依赖库。
让我们看一个具体的例子， Spring Pet Clinic。
更深入地研究单层方法
单层方法使用Open Boot JDK基础镜像之上的Spring Boot JAR作为Docker层构建Docker镜像：
$ docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
springio/spring-petclinic latest 94b0366d5ba2 16 seconds ago 140MB
生成的Docker镜像为140 MB。你可以使用docker history 命令检查图层 。你可以看到Spring Boot应用程序JAR已复制到镜像中，大小为38.3 MB。
$ docker history springio/spring-petclinic
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
94b0366d5ba2 52 seconds ago /bin/sh -c #(nop) ENTRYPOINT ["java" "-Djav… 0B
213dff56a4bd 53 seconds ago /bin/sh -c #(nop) COPY file:d3551559c2aa35af… 38.3MB
bc453a32748e 6 minutes ago /bin/sh -c #(nop) ARG JAR_FILE 0B
7fe0bb0d8026 6 minutes ago /bin/sh -c #(nop) VOLUME [/tmp] 0B
cc2179b8f042 8 days ago /bin/sh -c set -x && apk add --no-cache o… 97.4MB
<missing> 8 days ago /bin/sh -c #(nop) ENV JAVA_ALPINE_VERSION=8… 0B
<missing> 8 days ago /bin/sh -c #(nop) ENV JAVA_VERSION=8u151 0B
<missing> 8 days ago /bin/sh -c #(nop) ENV PATH=/usr/local/sbin:… 0B
<missing> 8 days ago /bin/sh -c #(nop) ENV JAVA_HOME=/usr/lib/jv… 0B
<missing> 8 days ago /bin/sh -c { echo '#!/bin/sh'; echo 'set… 87B
<missing> 8 days ago /bin/sh -c #(nop) ENV LANG=C.UTF-8 0B
<missing> 5 months ago /bin/sh -c #(nop) CMD ["/bin/sh"] 0B
<missing> 5 months ago /bin/sh -c #(nop) ADD file:093f0723fa46f6cdb… 4.15MB
下次构建Docker镜像时，将重新创建整个38 MB的层，因为重新打包了JAR文件。
在此示例中，应用程序的大小相对较小（因为仅基于spring-boot-starter-web和其他依赖项，例如spring-actuator）。在实际开发中，这些大小通常要大得多，因为它们不仅包括Spring Boot库，还包括其他第三方库。根据我的经验，实际的Spring Boot应用程序的大小范围可能在50 MB到250 MB之间（如果不是更大的话）。
仔细观察该应用程序，应用程序JAR中只有372 KB是应用程序代码。其余38 MB是依赖库。这意味着实际上只有0.1％的层在变化。其余99.9％不变。
镜像层生命周期
这是基于镜像层的基本考虑：内容的生命周期。镜像层的内容应具有相同的生命周期。Spring Boot应用程序的内容有两个不同的生命周期：不经常更改的依赖库和经常更改的应用程序类。
每次由于应用程序代码更改而重建该层时，也会包含不变的二进制文件。在快速的应用程序开发环境中，不断更改和重新部署应用程序代码，这种附加成本可能变得非常昂贵。
想象一个应用团队在Pet Clinic上进行迭代。团队每天更改和重新部署应用程序10次。这10个新层的成本为每天383 MB。如果使用更多实际大小，则每天最多可以达到2.5 GB或更多。最终将浪费大量的构建时间，部署时间和Docker仓库空间。
快速迭代的开发和交付是决定我们是继续使用简单的单层方法，还是采用更有效的替代方法。
优化Docker中的Spring Boot应用：双层镜像方法
拥抱Docker，进入双层
在简单性和效率之间进行权衡时，我认为正确的选择是“双层”方法。（可以有更多的层，但是太多的层可能有害，并且违反了 Docker最佳实践）。在双层方法中，我们构建Docker镜像，以使Spring Boot应用程序的依赖库，存在于应用程序代码下方的一层中。这样，各层将遵循内容的不同生命周期。通过将不经常更改的依赖库推入一个单独的层，并仅将应用程序类保留在顶层，那么迭代重建和重新部署就会更快。
Java Spring Boot双层
双层方法加快了迭代开发的速度，并最大程度地缩短了部署时间。当然实际效率因应用程序而异，但是平均而言，这将使应用程序部署大小减少90％，同时相应地缩短了部署周期。
在这里，我们介绍一种使用Open Liberty中的新工具springBootUtility，为现有Spring Boot应用创建双层Docker镜像。目前有多种方法可以为Spring Boot应用创建多层Docker镜像，但是本文方法的重点是从现有应用创建双层镜像，而不是更改maven或gradle构建步骤。
双层方法
在双层方法中，我们构建这样的Docker镜像：以使Spring Boot应用的依赖存在于应用代码下方的一层中。通过将不经常更改的依赖推入一个单独的层，并且仅将应用类保留在顶层，这样迭代重建和重新部署就会更快。
为了做到这一点，我们需要一种将Spring Boot应用拆分为这些独立组件的工具，例如：springBootUtility。
springBootUtility
springBootUtility是Open Liberty中的新工具，它将把Spring Boot应用分为两部分：依赖库（例如Spring Boot启动程序和其他第三方库）以及应用代码。依赖库放置在缓存中，应用代码用于构造一个精简后的应用程序。精简后的应用程序包含一个文件，该文件引用类路径上所需的库。然后可以将此精简应用程序部署到Open Liberty，它将从库缓存中生成完整的类路径。
Docker多阶段构建
用于构建双镜像层的Dockerfile，可以使用多阶段构建。多阶段构建允许单个Dockerfile创建多个镜像，其中一个镜像的内容可以复制到另一个镜像中，从而丢弃临时内容。这使你可以大幅度减小最终镜像的大小，而无需涉及多个Docker文件。我们使用此功能在Docker构建过程中拆分Spring Boot应用。
Docker镜像
Docker镜像可以使用带有Open J9和 Open Liberty的Open JDK。Open JDK为开源Java技术提供了坚实的基础。与 Open JDK附带的默认Java虚拟机相比， Open J9 带来了一些性能改进。Open Liberty是一个多程序模型运行时，支持Java EE，MicroProfile和Spring。这就方便开发团队可以使用具有运行时堆栈一致的各种编程模型。
Dockerfile示例
Dockerfile（我们将逐步介绍它的每一步操作）。
FROM adoptopenjdk/openjdk8-openj9 as staging
ARG JAR_FILE
ENV SPRING_BOOT_VERSION 2.0
# Install unzip; needed to unzip Open Liberty
RUN apt-get update \
&& apt-get install -y --no-install-recommends unzip \
&& rm -rf /var/lib/apt/lists/*
# Install Open Liberty
ENV LIBERTY_SHA 4170e609e1e4189e75a57bcc0e65a972e9c9ef6e
ENV LIBERTY_URL https://public.dhe.ibm.com/ibmdl/export/pub/software/openliberty/runtime/release/2018-06-19_0502/openliberty-18.0.0.2.zip
RUN curl -sL "$LIBERTY_URL" -o /tmp/wlp.zip \
&& echo "$LIBERTY_SHA /tmp/wlp.zip" > /tmp/wlp.zip.sha1 \
&& sha1sum -c /tmp/wlp.zip.sha1 \
&& mkdir /opt/ol \
&& unzip -q /tmp/wlp.zip -d /opt/ol \
&& rm /tmp/wlp.zip \
&& rm /tmp/wlp.zip.sha1 \
&& mkdir -p /opt/ol/wlp/usr/servers/springServer/ \
&& echo spring.boot.version="$SPRING_BOOT_VERSION" > /opt/ol/wlp/usr/servers/springServer/bootstrap.properties \
&& echo \
'<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> \
<server description="Spring Boot Server"> \
<featureManager> \
<feature>jsp-2.3</feature> \
<feature>transportSecurity-1.0</feature> \
<feature>websocket-1.1</feature> \
<feature>springBoot-${spring.boot.version}</feature> \
</featureManager> \
<httpEndpoint id="defaultHttpEndpoint" host="*" httpPort="9080" httpsPort="9443" /> \
<include location="appconfig.xml"/> \
</server>' > /opt/ol/wlp/usr/servers/springServer/server.xml \
&& /opt/ol/wlp/bin/server start springServer \
&& /opt/ol/wlp/bin/server stop springServer \
&& echo \
'<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> \
<server description="Spring Boot application config"> \
<springBootApplication location="app" name="Spring Boot application" /> \
</server>' > /opt/ol/wlp/usr/servers/springServer/appconfig.xml
# Stage the fat JAR
COPY ${JAR_FILE} /staging/myFatApp.jar
# Thin the fat application; stage the thin app output and the library cache
RUN /opt/ol/wlp/bin/springBootUtility thin \
--sourceAppPath=/staging/myFatApp.jar \
--targetThinAppPath=/staging/myThinApp.jar \
--targetLibCachePath=/staging/lib.index.cache
# unzip thin app to avoid cache changes for new JAR
RUN mkdir /staging/myThinApp \
&& unzip -q /staging/myThinApp.jar -d /staging/myThinApp
# Final stage, only copying the liberty installation (includes primed caches)
# and the lib.index.cache and thin application
FROM adoptopenjdk/openjdk8-openj9
VOLUME /tmp
# Create the individual layers
COPY --from=staging /opt/ol/wlp /opt/ol/wlp
COPY --from=staging /staging/lib.index.cache /opt/ol/wlp/usr/shared/resources/lib.index.cache
COPY --from=staging /staging/myThinApp /opt/ol/wlp/usr/servers/springServer/apps/app
# Start the app on port 9080
EXPOSE 9080
CMD ["/opt/ol/wlp/bin/server", "run", "springServer"]
Dockerfile细节解读
使用Docker的多阶段构建和Open Liberty中的springBootUtility，Dockerfile就可以把Spring Boot应用拆分。
我们把基础镜像openjdk8-openj9命名为stagging镜像。
首先，我们安装unzip。
接下来，我们下载Open Liberty并进行一些配置。所有这些准备工作都需要使用Open Liberty工具。虽然它现在很简陋，但是我们将在Docker镜像18.0.0.2发布 时改进完善。
镜像具有所需的所有工具后，将程序JAR文件复制到stagging镜像中并进行拆分。
在/staging/myFatApp.jar基础上我们会创建一个精简后的应用，将其解压后可以进行进一步的优化。解压使应用程序直接从类文件中托管。如果类文件没有更改，后续重建可以重新使用应用层。
现在准备工作已经完成，然后我们就可以使用COPY命令，拷贝整个Liberty安装，依赖库和精简后的应用。在Dockerfile中，单独的COPY命令会生成单独的层。较大的库依赖层（34.2MB）和较小的应用层（1.01MB）将会是“双重层”的含义。
$ docker history openlibertyio/spring-petclinic
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
883ee6374f66 7 minutes ago /bin/sh -c #(nop) CMD ["/opt/ol/wlp/bin/ser… 0B
e3ba1351fc05 7 minutes ago /bin/sh -c #(nop) EXPOSE 9080 0B
86c646de6626 7 minutes ago /bin/sh -c #(nop) COPY dir:589967d5ae0ade9a5… 1.01MB
8f98ce0a6c10 7 minutes ago /bin/sh -c #(nop) COPY dir:d764c6a82219ed564… 34.2MB
240306c081cd 7 minutes ago /bin/sh -c #(nop) COPY dir:0b45938a62d056d88… 200MB
161006b94f8e 22 minutes ago /bin/sh -c #(nop) VOLUME [/tmp] 0B
f50ba84462ab 3 weeks ago /bin/sh -c #(nop) ENV PATH=/opt/java/openjd… 0B
<missing> 3 weeks ago /bin/sh -c set -eux; ARCH="$(dpkg --prin… 193MB
<missing> 3 weeks ago /bin/sh -c #(nop) ENV JAVA_VERSION=jdk8u162… 0B
<missing> 3 weeks ago /bin/sh -c rm -rf /var/lib/apt/lists/* && ap… 16MB
<missing> 3 weeks ago /bin/sh -c #(nop) MAINTAINER Dinakar Gunigu… 0B
<missing> 2 months ago /bin/sh -c #(nop) CMD ["/bin/bash"] 0B
<missing> 2 months ago /bin/sh -c mkdir -p /run/systemd && echo 'do… 7B
<missing> 2 months ago /bin/sh -c sed -i 's/^#\s*\(deb.*universe\)$… 2.76kB
<missing> 2 months ago /bin/sh -c rm -rf /var/lib/apt/lists/* 0B
<missing> 2 months ago /bin/sh -c set -xe && echo '#!/bin/sh' > /… 745B
<missing> 2 months ago /bin/sh -c #(nop) ADD file:592c2540de1c70763… 113MB
现在，当进行应用更改时，仅需要更改应用层。
Dockerfile运行效果
你可以复制此Dockerfile，并运行它。
$ docker build --build-arg JAR_FILE=target/spring-petclinic-2.0.0.BUILD-SNAPSHOT.jar -t openlibertyio/spring-petclinic .
生成的Docker镜像如下所示：
注意：整个Docker镜像并不像单层方法那么小。因为基本镜像不是基于Alpine Linux的，Liberty的安装也不是最简化。我们也正在努力改善这一点。
未来的方向
到目前为止，我们对所构建的内容感到满意，但是，构建这些镜像的用户体验不是很好。我们将在接下来的几个月中继续努力。还将发布包含预配置的Open Liberty实例的Docker镜像。这将大大降低Dockerfile的复杂性。
我们还认识到，将这些双层构建集成到持续交付中，还有改进的空间。我们也有兴趣去解决在Docker中的Spring Boot应用体验。
最后，这种从应用中分离静态依赖的方法并不是Spring Boot应用独有的！使用Java EE或MicroProfile应用也可以获得类似的效率。这也是我们正在探索的另一个领域。
译文链接： https://dzone.com/articles/optimizing-spring-boot-application-for-docker
参考文献： GitHub - gclayburg/dockerPreparePlugin: Gradle plugin to generate docker layer-friendly directory for spring boot applications
原文地址：