Docker的七项优秀实践

众所周知，作为一个文本文档，Dockerfile包含了用户创建镜像的所有命令和说明。Docker可以通过读取Dockerfile中指令的方式，去自动构建镜像。因此，大家往往认为编写Dockerfile理应非常简单，只需从互联网上选择一个示例，并通过自定义来满足实际需求即可。然而，事实并非如此。

由于生产环境有着严格的要求，特别是在安全方面，因此虽然有许多示例能够适合开发环境，但不一定在生产环境中也合适。另外，由于Docker也提供了一套编写Dockerfile的指导策略，这就导致了Dockerfile像编写代码那样，您可能知道了相关语法，却不一定能够用特定的编程语言写出干净、简洁的代码。下面，我将和您探讨7项在编写Dockerfile时，比较实用的优秀策略与理论实践。

一、简介

首先，让我们来看一个典型的Dockerfile示例：

Dockerfile
FROM eclipse-temurin:17
RUN mkdir /opt/app
ARG JAR_FILE
ADD target/${JAR_FILE} /opt/app/app.jar
CMD ["java", "-jar", "/opt/app/app.jar"]

根据其内容，该Dockerfile会执行以下操作：

lFROM：将Java Docker镜像--eclipse-temurin:17作为基本镜像;
lRUN：为jar文件创建一个目录;
lARG:通过提供一个参数--JAR_FILE，避免将jar文件名被硬编码到Dockerfile中;
lADD:将jar文件添加到Docker镜像中;
lCMD:包含了在运行容器时必须执行的命令。

可见，上述每个段落生成的Dockerfile，都可以在Git存储库的Dockerfiles目录下被找到。而且在每个段落的末尾处，相应的Dockerfile名称也会在适用的地方被提及。下面，我们将通过修改该Dockerfile来实现七种优秀实践。

二、先决条件

在继续阅读下文之前，您需要具备的先决条件是：

基本的Linux知识
基本的Java和Spring Boot知识
基本的Docker知识

三、应用示例

为了展示各项优秀实践，我事先创建了一个包含Spring Web依赖项的基本Spring Boot应用。该应用可以通过在存储库的根目录中调用以下命令来运行：

Shell
$ MVN spring-boot:run

而为了构建Docker镜像，我将使用Spotify的dockerfile-maven-plugin的一个分支。为此，我会将如下代码段添加到pom文件中。

XML
<plugin>
<groupId>com.xenoamess.docker</groupId>
<artifactId>dockerfile-maven-plugin</artifactId>
<version>1.4.25</version>
<configuration>
<repository>mydeveloperplanet/dockerbestpractices</repository>
<tag>${project.version}</tag>
<buildArgs>
<JAR_FILE>${project.build.finalName}.jar</JAR_FILE>
</buildArgs>
</configuration>
</plugin>

使用该插件的好处在于，您可以轻松地重用配置。同时，为了实现通过Maven命令来创建Docker镜像，您可以通过调用如下命令来构建jar文件：

Shell
$ mvn clean verify

接着，请通过调用如下命令来构建Docker镜像：

Shell
$ mvn dockerfile:build

如下命令可让您运行Docker镜像：

Shell
$ docker run --name dockerbestpractices mydeveloperplanet/dockerbestpractices:0.0.1-SNAPSHOT

然后，请通过如下代码来找到运行中的容器的IP地址:

Shell
$ docker inspect dockerbestpractices | grep IPAddress
"SecondaryIPAddresses": null,
"IPAddress": "172.17.0.3",
                   "IPAddress": "172.17.0.3"

本例的IP地址为172.17.0.3。同时，该应用还包含一个只用来响应hello消息的HelloController。而且，Hello端点可以通过如下方式被调用:

Shell
$ curl http://172.17.0.3:8080/hello
Hello Docker!

至此，一切就绪了。

四、各项优秀实践

1.该使用哪个镜像

在前文中，我们提到了本例Dockerfile中使用到的镜像是eclipse-temurin:17。下面，我们来看看该镜像是如何被构建的：

请访问DockerHub的链接;
搜索'eclipse-temurin';
导航到"标签";
搜索17;
按A-Z排序;
单击标签17。

如果您仔细观察页面每个层的细节，并将其与标签17-JRE进行比较，就会注意到标签17包含了一个完整的JDK，而标签17-JRE只是包含了JRE。当然，后者对于运行Java应用来说已经足够了，毕竟在生产环境中运行各种应用是不需要整个JDK的。而且，由于开发工具可能会被滥用，因此JDK在使用中也带有一定的安全问题。此外，标签17的镜像在压缩后的尺寸为235MB，而17-jre的压缩后尺寸只有89MB。

为了进一步减小镜像的尺寸，我们可以使用经"瘦身"的镜像：17-jre-alpine。该镜像的压缩后尺寸为59MB，足足比17-jre减少了30MB，因此它更容易被分发。

值得注意到是，以上使用的标签均为通用标签，且指向的是最新版本。这对于开发环境来说可能没有问题，但是对于生产环境而言，您需要事先明确所使用的版本。本例中使用的标签便是17.0.5_8-jre-alpine。如您想进一步加固安全，则可以将SHA256散列添加到镜像的版本中。SHA256散列可以在包含了这些层的页面上找到。当SHA256的哈希值与Dockerfile中定义的哈希值无法对应时，构建Docker镜像的过程将会失败。

在本例中，Dockerfile的第一行为：

Dockerfile
FROM eclipse-temurin:17

有了上面的知识，我们可以将该行更改为：

Dockerfile
FROM eclipse-temurin: 17.0.5_8-jre-alpine@sha256:02c04793fa49ad5cd193c961403223755f9209a67894622e05438598b32f210e

如下代码所示，在Docker镜像完成构建后，您会注意到，（曾经未压缩的）镜像从以前的475MB缩小到现在的188MB。

Shell
$ docker images
REPOSITORY TAG              IMAGE ID       CREATED         SIZE
mydeveloperplanet/dockerbestpractices 0.0.1-SNAPSHOT   0b8d89616602   3 seconds ago   188MB

生成的Dockerfile在Git存储库中被命名为1-Dockerfile-specific-image。

2.不要以Root用户运行

默认情况下，应用程序在容器中会以Root用户身份运行。这显然会暴露许多漏洞风险，并且也不是必要的。对此，您应该为应用定义一个系统级用户。如下代码所示，在启动容器时的第一行日志中，您可以看到该应用是由Root启动的。

Shell
2022-11-26 09:03:41.210 INFO 1 --- [           main] m.MyDockerBestPracticesPlanetApplication : Starting MyDockerBestPracticesPlanetApplication v0.0.1-SNAPSHOT using Java 17.0.5 on 3b06feee6c65 with PID 1 (/opt/app/app.jar started by root in /)

我们可以通过向Dockerfile中添加组javauser和用户javauser，来创建系统级用户。然后，通过向Dockerfile中添加如下指令来实现。其中，javauser是一个系统级用户，并不具备登录权限。注意，为了只创建一个层面，组和用户的创建步骤都被&符号组合到了一行之中。

Dockerfile
RUN addgroup------system javauser && adduser -S -S /usr/sbin/nologin -G javauser javauser

下表列出了可用于adduser的完整参数集：

-h，即DIR主目录
-g，即GECOS字段
-s，即登录SHELL
-G，即组
-S，即创建系统级用户
-D，即不用设置密码
-H，即不要创建主目录
-u，即UID，用户id
-k，即Skeleton目录(/etc/SKEL)

同时，您也可以通过添加如下一行，将目录/opt/apt的所有者更改为新的javauser，否则javauser将无法访问该目录：

Dockerfile
RUN chown -R javauser:javauser /opt/app

最后，您需要确保通过USER命令在容器中实际使用了javauser。其对应的完整Dockerfile为：

Dockerfile
FROM eclipse-temurin:17.0.5_8-jre-alpine@sha256:02c04793fa49ad5cd193c961403223755f9209a67894622e05438598b32f210e
RUN mkdir /opt/app
RUN addgroup --system javauser && adduser -S -s /usr/sbin/nologin -G javauser javauser
ARG JAR_FILE
ADD target/${JAR_FILE} /opt/app/app.jar
RUN chown -R javauser:javauser /opt/app
USER javauser
CMD ["java", "-jar", "/opt/app/app.jar"]
为了测试这个新的镜像，您首先需要通过如下命令，停止并删除正在运行的容器。
Shell
$ docker stop dockerbestpractices
$ docker rm dockerbestpractices

完成重新构建并再次运行容器后，如下代码所示，您可以在第一行日志中看到，该应用程序是由javauser启动的。

Shell
2022-11-26 09:06:45.227 INFO 1 --- [           main] m.MyDockerBestPracticesPlanetApplication : Starting MyDockerBestPracticesPlanetApplication v0.0.1-SNAPSHOT using Java 17.0.5 on ab1bcd38dff7 with PID 1 (/opt/app/app.jar started by javauser in /)

同样，生成的Dockerfile在Git存储库中被命名为2-Dockerfile-do-not-run-as-root。

3.使用WORKDIR

在您使用的Dockerfile中，目录/opt/app是被一次性创建的，毕竟这是您的工作目录。就算它并不存在，Docker也会帮您默认创建。因此，您不必每一次都重复这条路径。例如，您会看到Dockerfile的第二行包含了如下RUN指令：

Dockerfile
RUN mkdir /opt/app

我们可以通过使用WORKDIR指令来稍作改变：

Dockerfile
WORKDIR /opt/app

由于WORKDIR指令已经确保了您在该目录下，因此您完全可以删除每一个/opt/app的引用。因此，新的Dockerfile如下代码所示：

Dockerfile
FROM eclipse-temurin:17.0.5_8-jre-alpine@sha256:02c04793fa49ad5cd193c961403223755f9209a67894622e05438598b32f210e
WORKDIR /opt/app
RUN addgroup --system javauser && adduser -S -s /usr/sbin/nologin -G javauser javauser
ARG JAR_FILE
ADD target/${JAR_FILE} app.jar
RUN chown -R javauser:javauser .
USER javauser
CMD ["java", "-jar", "app.jar"]

完成构建并重新运行容器后，您可以在如下日志中看到，jar文件仍然在/opt/app目录中被执行：

Shell
2022-11-26 16:07:18.503 INFO 1 --- [           main] m.MyDockerBestPracticesPlanetApplication : Starting MyDockerBestPracticesPlanetApplication v0.0.1-SNAPSHOT using Java 17.0.5 on fe5cf9223143 with PID 1 (/opt/app/app.jar started by javauser in /opt/app)

同样，生成的Dockerfile在Git存储库中被命名为3-Dockerfile-use-workdir。

4.使用ENTRYPOINT

CMD指令和ENTRYPOINT指令之间是存在区别的。简而言之，两者的使用场景分别是：

ENTRYPOINT：当您总需要执行各种命令，才能构建出可执行的Docker镜像时，只要您愿意，完全可以将参数附加到命令中。

CMD：当您想提供一个默认的参数集，且允许在容器运行时被命令行覆盖时。

那么，在运行Java应用的情况下，请最好使用ENTRYPOINT。例如，原本Dockerfile的最后一行为：

Dockerfile
CMD ["java", "-jar", "app.jar"]

现在可以变为：

Dockerfile
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "app.jar"]

完成构建并重新运行容器，您并不会注意到有任何特定的差异，容器仍然会照常运行。生成的Dockerfile在Git存储库中被命名为4-Dockerfile-use-entrypoint。

5.使用COPY代替ADD

COPY和ADD指令也似乎比较类似。然而，COPY要比ADD更好，毕竟COPY只是复制文件到镜像，而ADD还有一些额外的特性，比如添加来自远程资源的文件。

Dockerfile中的ADD命令行为：

Dockerfile
ADD target/${JAR_FILE} app.jar

如果改用COPY命令，则为：

Dockerfile
COPY target/${JAR_FILE} app.jar

重新构建并运行容器，您同样看不出显著变化，除了在构建日志中显示的是COPY命令，而不是ADD命令。生成的Dockerfile在Git存储库中可用，名称为5-Dockerfile-use-copy-instead-of-add。

6.使用.dockerignore

为了防止Docker镜像被意外地添加文件，您可以使用.dockerignore文件来指定哪些文件可以被发送到Docker守护进程中，或者是在镜像中被使用。一种值得推荐的方法是：忽略所有的文件，仅显式地添加那些您允许的文件。通过在.dockerignore文件中添加星号，我们可以排除所有的子目录和文件。当然，为了将jar文件放入构建的上下文，您也可以使用感叹号来避免忽略jar文件。如下dockerignore文件所示，我们可以将它添加到运行Docker命令的目录中。例如，在本例中，我们将其添加到Git存储库的根目录上。

Plain Text
**/**
!target/*.jar

完成构建并重新运行容器后，其变化可能并不显著。但是当您使用npm开发时，由于node_modules目录不再被复制到Docker构建的上下文中，因此您能够明显地感受到创建Docker镜像的过程被缩短了。注意，您可以直接在Git存储库的Dockerfiles目录下找到dockerignore文件。

7.以non-root方式运行Docker守护进程

默认情况下，Docker守护进程是以Root身份运行的。通过前文的讨论，您一定觉察到了潜在的安全问题。庆幸的是，从Docker v20.10开始，我们可以non-root用户运行Docker守护进程了。

此外，您也可以利用无守护进程（daemonless）的容器引擎--Podman（https://podman.io/）。以默认non-root方式运行。虽然有人认为Podman是Docker的临时替代品，但是它们在容器中挂载卷的方面有所区别。

五、小结

在上文中，我们介绍了7种编写Dockerfile和运行容器的最佳实践。虽然编写Dockerfile并不复杂，但是若想正确、规范地编写，还是需要您花些时间去研究和理解其使用说明的。