容器化部署

容器化部署的优势

容器化部署将应用程序及其依赖项打包到一个轻量级、可移植的容器中。与虚拟机相比，容器共享主机操作系统内核，启动更快，资源占用更少。Docker是目前最流行的容器化平台，它提供了标准化的方式来构建、分发和运行容器。

Node.js应用特别适合容器化部署。Node.js应用通常依赖大量npm包，容器可以确保这些依赖项在不同环境中保持一致。例如，开发环境使用Node.js 14，而生产环境使用Node.js 16可能导致兼容性问题，容器可以消除这种差异。

Docker基础概念

Docker有三个核心概念：

1. 镜像(Image)：只读模板，包含运行应用所需的文件系统
2. 容器(Container)：镜像的运行实例
3. Dockerfile：用于构建镜像的脚本文件

一个简单的Node.js应用Dockerfile示例：

# 使用官方Node.js基础镜像
FROM node:16-alpine

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制package.json和package-lock.json
COPY package*.json ./

# 安装依赖
RUN npm install

# 复制应用源代码
COPY . .

# 暴露端口
EXPOSE 3000

# 启动命令
CMD ["node", "server.js"]

多阶段构建优化

对于生产环境，可以使用多阶段构建来减小镜像体积：

# 构建阶段
FROM node:16 AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 生产阶段
FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/package*.json ./
COPY --from=builder /app/node_modules ./node_modules
COPY --from=builder /app/dist ./dist
EXPOSE 3000
CMD ["node", "dist/server.js"]

这种方法将构建工具留在构建阶段，最终镜像只包含运行所需的文件。

容器编排与Kubernetes

当需要管理多个容器时，可以使用Kubernetes进行编排。以下是一个简单的Node.js应用的Kubernetes部署文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: node-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: node-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: node-app
    spec:
      containers:
      - name: node-app
        image: your-registry/node-app:1.0.0
        ports:
        - containerPort: 3000
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "128Mi"
          limits:
            cpu: "200m"
            memory: "256Mi"

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: node-app-service
spec:
  selector:
    app: node-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 3000
  type: LoadBalancer

环境变量管理

容器化部署中，环境变量的管理至关重要。Docker和Kubernetes都提供了多种方式：

# 在Dockerfile中设置默认值
ENV NODE_ENV=production

运行时覆盖：

docker run -e "NODE_ENV=development" your-image

Kubernetes配置：

env:
- name: NODE_ENV
  value: "production"
- name: DB_HOST
  valueFrom:
    secretKeyRef:
      name: db-secret
      key: host

日志管理策略

容器中的日志需要特别处理，推荐以下实践：

1. 将日志输出到stdout/stderr而不是文件
2. 使用--log-opt参数配置Docker日志驱动
3. 在Kubernetes中使用sidecar容器收集日志

Node.js应用可以这样配置日志：

// 使用winston日志库
const winston = require('winston');

const logger = winston.createLogger({
  level: 'info',
  format: winston.format.json(),
  transports: [
    new winston.transports.Console({
      format: winston.format.simple()
    })
  ]
});

// 替代console.log
logger.info('Application started');

健康检查实现

容器编排系统需要知道应用的健康状态：

Docker健康检查：

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s \
  CMD curl -f http://localhost:3000/health || exit 1

Kubernetes健康检查：

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /health
    port: 3000
  initialDelaySeconds: 5
  periodSeconds: 10
readinessProbe:
  httpGet:
    path: /ready
    port: 3000
  initialDelaySeconds: 5
  periodSeconds: 10

Node.js健康检查端点示例：

app.get('/health', (req, res) => {
  // 检查数据库连接等
  res.status(200).json({ status: 'UP' });
});

持续集成与部署

将容器化部署集成到CI/CD流程中：

.gitlab-ci.yml示例：

stages:
  - build
  - test
  - deploy

build_image:
  stage: build
  script:
    - docker build -t $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_SHA .
    - docker push $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_SHA

deploy_prod:
  stage: deploy
  script:
    - kubectl set image deployment/node-app node-app=$CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_SHA
  when: manual
  only:
    - master

安全最佳实践

容器安全不容忽视：

1. 使用非root用户运行容器：

USER node

2. 定期更新基础镜像
3. 扫描镜像中的漏洞
4. 限制容器资源
5. 使用只读文件系统：

securityContext:
  readOnlyRootFilesystem: true

性能优化技巧

提升Node.js容器性能的方法：

1. 使用node:alpine基础镜像减小体积
2. 合理设置NODE_OPTIONS：

ENV NODE_OPTIONS="--max-old-space-size=512"

3. 启用Cluster模式：

const cluster = require('cluster');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }
} else {
  require('./server');
}

4. 使用Nginx作为反向代理处理静态文件

本地开发与调试

开发环境也可以使用Docker，配置docker-compose.yml：

version: '3'
services:
  app:
    build: .
    volumes:
      - .:/app
      - /app/node_modules
    ports:
      - "3000:3000"
    environment:
      - NODE_ENV=development
    command: npm run dev

  redis:
    image: redis:alpine
    ports:
      - "6379:6379"

调试时可以使用--inspect参数：

CMD ["node", "--inspect=0.0.0.0:9229", "server.js"]

监控与指标收集

容器化应用的监控方案：

1. 使用Prometheus收集指标：

const promClient = require('prom-client');

// 启用默认指标
promClient.collectDefaultMetrics();

// 暴露指标端点
app.get('/metrics', async (req, res) => {
  res.set('Content-Type', promClient.register.contentType);
  res.end(await promClient.register.metrics());
});

2. 配置Kubernetes ServiceMonitor：

apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
  name: node-app-monitor
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: node-app
  endpoints:
  - port: web
    path: /metrics

网络配置策略

容器网络需要考虑：

1. 跨容器通信
2. 外部访问
3. 网络策略

Kubernetes网络策略示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: node-app-policy
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: node-app
  policyTypes:
  - Ingress
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: frontend
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 3000

存储解决方案

有状态应用的存储方案：

1. 使用Docker卷持久化数据

docker run -v /path/on/host:/path/in/container your-image

2. Kubernetes持久卷：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: node-app-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

然后在Deployment中挂载：

volumeMounts:
- name: data
  mountPath: /app/data
volumes:
- name: data
  persistentVolumeClaim:
    claimName: node-app-pvc

配置管理进阶

对于复杂配置，可以使用ConfigMap和Secret：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: node-app-config
data:
  config.json: |
    {
      "featureFlags": {
        "newUI": true
      }
    }

在容器中挂载：

volumeMounts:
- name: config
  mountPath: /app/config
volumes:
- name: config
  configMap:
    name: node-app-config

Node.js应用读取配置：

const config = require('/app/config/config.json');