Kubernetes 实战：Java 应用配置与多环境管理

前言

在现代云原生架构中，Kubernetes 已成为容器编排的事实标准。作为一名 Java 开发者，掌握如何将传统 Java 应用高效地部署和管理于 K8s 集群是必不可少的技能。本文将深入探讨两个核心主题：如何正确配置 Java 应用，以及如何使用上下文管理多环境。

一、Java 应用在 K8s 中的配置实战

1.1 完整的 Deployment 和 Service 配置

下面是一个典型的 Java 应用 K8s 部署文件，包含 Deployment 和 Service：

yaml 复制代码

# 定义API版本和资源类型
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-java-app
  labels:
    app: my-java-app
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: my-java-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-java-app
    spec:
      containers:
        - name: java-app-container
          image: your-registry/your-java-app:latest
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          resources:
            requests:
              cpu: "500m"
              memory: "512Mi"
            limits:
              cpu: "1000m"
              memory: "1024Mi"
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /actuator/health/liveness
              port: 8080
            initialDelaySeconds: 90
            periodSeconds: 10
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /actuator/health/readiness
              port: 8080
            initialDelaySeconds: 60
            periodSeconds: 10
          env:
            - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
              value: "prod"
            - name: JAVA_OPTS
              value: "-Xmx768m -Xms512m"
          ports:
            - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-java-app-service
spec:
  selector:
    app: my-java-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
  type: ClusterIP

1.2 Java 应用配置关键点

资源限制（Resources）

这是 Java 应用在 K8s 中稳定运行的最关键部分。K8s 通过 limits.memory 设置容器内存上限，如果 Java 进程内存超过此限制，会被 Linux 内核直接终止（OOM Kill）。

最佳实践：

JVM 最大堆内存（-Xmx）应设置为 limits.memory 的 70-80%
预留足够空间给堆外内存（元空间、线程栈、缓冲区等）
示例：当 limits.memory 为 1024Mi 时，设置 -Xmx768m

健康检查（Health Checks）

存活探针（Liveness Probe） ：检测应用是否"活着"，失败时重启容器
就绪探针（Readiness Probe） ：检测应用是否就绪，失败时从负载均衡移除 Pod
initialDelaySeconds 对 Java 应用至关重要，需确保 JVM 完全启动

配置管理

使用环境变量传递普通配置
敏感信息（密码、密钥）必须使用 Secret 存储
配置文件可使用 ConfigMap 挂载

二、多环境管理：使用 Context 切换上下文

2.1 Context 概念解析

Context（上下文）是一个"快捷方式"，封装了三个核心信息：

集群（Cluster） ：API 服务器地址和认证信息
用户（User） ：身份认证信息
命名空间（Namespace） ：默认操作命名空间

2.2 Context 管理命令

bash 复制代码

# 列出所有上下文
kubectl config get-contexts

# 显示当前上下文
kubectl config current-context

# 切换上下文
kubectl config use-context prod-context

# 设置当前上下文的默认命名空间
kubectl config set-context --current --namespace=test

# 临时指定上下文（不切换默认）
kubectl get pods --context=prod-context -n app

2.3 典型应用场景

管理多套环境：为开发、测试、生产环境创建不同上下文
单一集群内切换：使用不同身份和命名空间执行操作

2.4 上下文配置示例

~/.kube/config 文件中的上下文配置示例：

yaml 复制代码

apiVersion: v1
kind: Config
clusters:
- name: dev-cluster
  cluster:
    server: https://dev.example.com:6443
- name: prod-cluster
  cluster:
    server: https://prod.example.com:6443
users:
- name: dev-admin
  user:
    token: dev-token-xxxx
- name: prod-admin
  user:
    token: prod-token-yyyy
contexts:
- name: ctx-dev
  context:
    cluster: dev-cluster
    user: dev-admin
    namespace: dev
- name: ctx-prod
  context:
    cluster: prod-cluster
    user: prod-admin
current-context: ctx-dev

三、实战演练：从部署到多环境管理

3.1 部署 Java 应用到开发环境

bash 复制代码

# 切换到开发上下文
kubectl config use-context ctx-dev

# 部署应用
kubectl apply -f java-app-deployment.yaml

# 验证部署
kubectl get pods -l app=my-java-app
kubectl get svc my-java-app-service

3.2 跨环境检查应用状态

bash 复制代码

# 检查开发环境
kubectl --context=ctx-dev get pods

# 检查生产环境
kubectl --context=ctx-prod get pods

# 比较两个环境的服务状态
diff <(kubectl --context=ctx-dev get svc) <(kubectl --context=ctx-prod get svc)

四、总结与最佳实践

通过本文，我们探讨了 Kubernetes 中 Java 应用的两个关键方面：

应用配置：重视资源限制和健康检查，避免 OOM Kill 和确保应用可靠性
多环境管理：使用 Context 实现高效的环境切换和安全隔离

推荐的最佳实践：

Java 应用务必设置合理的资源请求和限制
JVM 内存参数需与容器限制匹配（-Xmx 设置为 limits.memory 的 70-80%）
使用健康检查提高应用可靠性
敏感配置通过 Secret 管理
通过 Context 管理环境切换，避免操作错误