如果你正準備著手學習 Docker，別再觀望，動起手來吧！

在這篇文章中，我將告訴你 Docker 是如何工作的？使用中會遇到什麼問題？如何通過 Docker 完成一個基本的開發任務——構建一個微伺服器。

我們將以一臺配有 Node.js 服務和 MySQL 後臺的伺服器為例，從在本地執行程式碼開始，完成一個執行著微服務和資料庫的容器。

什麼是 Docker ？

從本質上來說，Docker 是一種軟體，讓使用者建立映象檔案（就像虛擬機器中的模板），然後在容器中執行這個映象的例項。

Docker 維護著有著大量映象的儲存庫，名字叫 Docker Hub ，你可以將它作為嘗試映象的起始點，或者用來免費儲存你的映象。你可以安裝 Docker ，選擇你喜歡的映象，然後在容器中執行它的例項。

本文我們將介紹建立映象、從映象建立容器等一系列內容。

安裝 Docker

如果你想跟上本文的節奏，那麼你需要安裝 Docker 。

點選 docs.docker.com/engine/installation 這個連結，在上面檢視適合你的系統的安裝嚮導。

如果你是 Mac 或者 Windows 作業系統，那麼你需要使用虛擬機器。我在 Mac OS X 上使用 Parallels 安裝 Ubuntu 虛擬機器來應付大多數的開發任務。因為它支援快照功能，當你做實驗的時候，他可以方便的將破壞了的環境恢復回去。

試試看

輸入以下命令：

一段時間後，你將會看到如下提示：

試試如下的命令，然後退出容器：

這看起來沒什麼，但是其實在後臺發生了很多事情。

你看到的是在你的機器上執行著的 Ubuntu 的隔離容器環境裡的 bash shell。這個環境完全歸你所有——可以在上面安裝軟體，執行軟體，可以做任何你想做的事情。

下圖表明瞭剛剛發生了什麼（圖來自於《 理解 Docker 架構 》一文）：

1. 列出如下的 Docker 指令：

• docker ： 執行 docker 客戶端
• run ： 執行一個新的容器
• -it ：讓容器帶有“互動終端”的一個引數
• ubuntu ： 容器所依賴的基礎映象

2. 在主機（我們的機器）上執行的 docker 服務檢查本地是否有所請求的映象拷貝——這裡發現沒有。

3. docker 服務檢查公有儲存庫（the docker hub），看是否有可用的名為 ubuntu 的映象——這裡發現有。

4. docker 服務下載映象，將其儲存到本地快取裡（為了下一次直接使用）。

5. docker 服務基於 ubuntu 映象建立新的容器。

Try any of these:

試試下面這些命令：

我們沒準備使用 Haskell ，但是你可以看到，搭建一個環境是多麼容易。

構建自己的映象也很輕鬆，可以在這上面安裝應用程式或者服務，可以是資料庫，或者是其他你需要的。隨後就可以在任意安裝了 Docker 的機器上執行它們——要保證映象是相同的、可預測的方式在每臺機器上執行。我們可以將軟體及其執行所需的環境整體構建成程式碼，並且輕鬆部署。

讓我們以一個簡單微伺服器為例。

概述

我們將要用 Node.js 和 MySQL 建立一個讓我們管理郵件地址到電話號碼目錄的微服務。

開始

要完成本地開發，需要安裝MySQL，並且建立一個測試資料庫…

…搖頭。

建立本地資料庫，並且上面執行指令碼，這很容易，但是可能會帶來一些問題。很多不受控制的事情開始了。它可能工作，我們甚至可以通過提交進程式碼庫的 shell 指令碼來控制這些步驟，但是如果其他開發人員已經安裝了 MySQL 了呢？如果他們的資料庫已經使用了我們想要建立的名稱  ‘users’  了呢？

第一步：在 Docker 中建立一個資料庫測試伺服器

這是很好的 Docker 應用場景。我們可能不想在 Docker 裡執行生產環境資料庫（比如可能會使用 Amazon RDS），但是可以使用 Docker 容器建立一個乾淨的 MySQL 資料庫做開發——讓我們的開發及其保持乾淨，並且保證所有東西都在控制中，並且可重複使用。

執行下面的命令：

該命令啟動一個執行著的 MySQL 例項，通過 3306 埠訪問，root 密碼為 123 。

1.  docker run 告訴引擎，使用者想要執行一個映象（在最後傳入的是映象，mysql:latest ）
2.  –name db 將整個容器命名為 db 。
3.  -d detach，在後臺執行容器。
4.  -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123（或者是 –env）環境變數 – 引數告訴 docker 所提供的環境變數。這之後跟著的變數正是 MySQL 映象檢查且用來設定的預設 root 密碼。
5.  -p 3306:3306（或者 --publish） 告訴引擎使用者想要將容器內的3306埠對映到外部的3306埠上。

最後一部分很重要——即使這是 MySQL 的預設埠，如果使用者不顯式告訴 docker 想要對映的埠，docker 就會阻塞該埠的訪問（因為容器預設是隔離的，直到使用者告訴 docker 想要訪問它們）。

該命令返回值是容器 id，這是容器的指標，使用者可以用它來停止容器，向容器傳送命令等等。讓我們看看正在執行的是哪些容器：

關鍵的資訊是容器 ID，映象和名稱。連線到這個映象看看裡面有什麼：

下面這麼做也很有意思：

1. docker exec -it db ：告訴 docker 使用者想要在名為 db 的容器裡執行一個命令（我們也可以使用 id，或者 id 的前幾個字母）。 -it 確保使用者有互動型終端。

2. mysql -uroot -p123 ：我們實際在容器裡作為程式執行的命令，這裡是 mysql 客戶端。

我們可以建立資料庫，表，使用者，其他你需要的等等。

打包測試資料庫

在容器內執行 MySQL 需要一些 Docker 技巧，但是讓我們先打住，看看服務。現在，使用指令碼建立一個 test-database 目錄來啟動資料庫，停止資料庫以及搭建測試資料：

啟動指令碼很簡單：

該指令碼在一個分離容器鍾執行資料庫映象（比如，在後臺執行），建立了一個使用者來訪問 users 資料庫，然後等待資料庫伺服器啟動，隨後執行 setup.sql 指令碼來設定初始資料。

setup.sql 的內容是：

stop.sh 指令碼會停止容器並且刪除容器（docker 預設會保留容器，這樣能夠快速重啟，本示例中並不需要這樣）：

之後會進一步簡化這個過程，讓它更加順暢。在 repo 裡的 step1 分支裡檢視這一階段的程式碼。

第二步：用 Node.js 建立一個微服務

本文的主題是 Docker 的學習，因此並不會花太多篇幅講解 Node.js 的微服務。只是強調一些重點。

讓我們仔細看看這一部分。首先看看這個程式碼庫。最好將你的資料庫訪問封裝和抽象成一些類，允許模擬它來實現測試目的：

其實有很多種其他實現方式！但是我們可以像下面這樣建立 Repository 物件：

在 repository/repository.spec.js 檔案裡也有一系列的單元測試。得到 repo 後，就可以建立伺服器了。server/server.js 如下：

該模組暴露了一個 start 函式，可以像下面這樣使用：

注意到 server.js 中使用了 api/users/js 吧？程式碼如下：

這些檔案都有和原始碼匹配的單元測試。

我們還需要配置。與其使用特定的庫函式，不如使用一個簡單的檔案 – config/config.js ：

我們可以按需進行配置。目前，大部分配置是硬編碼的，但是從埠的配置中可以看出，我們可以很容易的通過新增環境變數的方式來改變它。
最後一步 – 將它和包含所有東西的 index.js 檔案連線到一起：

我們做了一點錯誤處理，在此之上僅僅載入了配置，建立了 repo 並且啟動了伺服器。
這就是微服務，它讓使用者能夠得到所有使用者，或者搜尋某個使用者：

如果下載了相關程式碼，可以發現有一些可用的命令：

除了程式碼之外，我們完成了：
1. 用於除錯的 Node 皮膚
2. 用於單元測試的 Mocha/shoud/supertest
3. 用於 linting 的 ESlint

大功告成！
使用如下命令執行資料庫測試：

然後啟動服務：

可以用瀏覽器開啟 localhost:8123/users，就可以看到資料庫已經可以使用了。如果使用的是 Docker Machine（假設，在 Mac 或者 Windows 上），那麼 localhost 無法訪問，你需要使用 docker 的 IP。可以通過 docker-machine ip 得到 IP 地址。
可以看到，我們很快完成了服務的建立。繼續下一步之前如果想檢視程式碼，見 step2 分支。

第三步：微服務 Docker 化

現在開始變得有趣啦！

我們已經有了一個可以執行在開發環境裡的微服務，只要它和安裝的 Node.js 版本相容即可。這一步想做的是搭建起我們的服務，這樣可以從其中建立一個 Docker Image，從而可以將服務部署到任何支援 docker 的地方。

要達到這一目的，需要建立一個 Dockerfile。Dockerfile 告訴 Docker 引擎如何構建映象。我們會在 users-service 目錄下建立一個簡單的 Dockerfile，並且研究如何通過修改它來適應需求。

建立 Dockerfile

在 users-service/ 目錄下建立名為 Dockerfile 的文字檔案，內容如下：

執行如下命令列構建映象，並在映象上執行容器：

首先看看構建命令。
1. docker build 告訴引擎使用者需要建立一個新的映象
2. -t node4 使用標籤 node4 標記該映象。之後就可以使用這個標籤來指代該映象。
3. . 在當前目錄裡查詢 Dockerfile.

控制檯打出一些輸出之後，就可以看到新的映象建立好了。使用 docker images 命令可以在系統裡看到所有映象。下面的命令和之前的很類似：
1. docker run 從某個映象裡執行新容器
2. -it 使用互動式終端
3. node4 是想要在容器裡使用的映象的標籤。

當執行該映象時，會得到 node repl，執行如下命令檢查當前版本：

這很可能和你當前機器上的 node 版本不同。

檢查 Dockerfile

從 Dockerfile 裡可以很容易看出發生了什麼：
1. FROM node:4 在 Dockerfile 裡指定的第一件事就是基礎映象。docker hub上的 Node 官方頁面可以搜尋列出所有可用映象。這裡用的是安裝了 node 的 ubuntu。
2. CMD ["node"] 裡的  CMD 告訴 docker 該映象需要執行 node 程式。當 node 程式終止時，容器會關閉。

使用額外的幾個命令，可以更新 Dockerfile，從而執行服務：

唯一的改變是使用了 ADD 命令將當前目錄下的所有東西拷貝到名為 app/ 的容器目錄裡。隨後使用 RUN 在映象裡執行命令，該命令安裝了模組。最後，EXPOSE 了伺服器埠，告訴 docker 想要支援 8123 埠的連線，然後執行伺服器程式碼。
確保 test-database 服務已經執行著，然後再次構建並且執行映象：

如果在瀏覽器裡檢視 localhost:8123/users，會看到一個錯誤，檢查控制檯，提示容器報告了一些問題：

我勒個去！從 users-service 容器到 test-database 容器的連線被拒絕了。執行 docker ps 檢視所有執行著的容器：

這兩個容器都執行著呢，到底怎麼回事呢？

連線容器

我們看到的問題實際上是可以預期的。Docker 容器應該是互相隔離的，因此如果不顯式地允許容器間連線的話就容器間就無法互聯。

是的，使用者可以從自己的機器（宿主機）連線到容器裡，因為我們為這樣的連線開啟了埠（比如，使用了-p 8123:8123）。如果以同樣的方式允許容器間互聯，那麼執行在同一臺機器上的兩個容器之間就應該能夠通訊，即使開發人員不想這麼做。並且這是災難性的，尤其是我們在叢集的機器上利用容器執行不同的應用程式的時候。

如果想要從某個容器連線到另一個容器，需要連線這兩個容器，告訴 docker，使用者顯式想要允許這兩個容器間通訊。有兩種方式可以完成這一目標，第一種是“不流行的舊方式”但是非常簡單，第二種之後會介紹。

使用 link 引數連線容器

當執行容器時，可以使用 link 引數告訴 docker 我們想要連線到另外的容器上。本文示例中，可以通過如下命令正確執行服務：

1. docker run -it 在容器裡執行 docker 映象，使用互動式終端。
2. -p 8123:8123 將宿主機的 8123 埠對映到容器的 8123 埠上
3. link db:db 連線到名為 db的 容器上，並且用 db 指代該容器
4. -e DATABASE_HOST=db 將環境變數 DATABASE_HOST 設定為 db
5. users-service 是在容器內執行的映象名稱

現在當我們訪問 localhost:8123/users 時一切工作正常。

它是如何工作的呢？

還記得服務的配置檔案麼？它讓使用者能夠使用環境變數指定資料庫的主機名：

執行容器時，將環境變數設定為 DB，這意味著要連線到一個名字為 DB 的主機上。當連線到容器上時，docker 引擎會自動為我們設定好一切。

嘗試執行 docker ps 列出所有執行著的容器。查詢執行 users-service 的容器名稱，這是個隨機名稱，例如 trusting_jang:

現在可以看到容器可用的主機：

還記得 docker exec 是怎麼工作的嗎？選擇一個容器名，之後跟著想在容器上執行的命令，在本例中是 cat /etc/hosts。

好了，主機檔案之前可沒有 # linking magic!! 註釋，可以看到 -docker 將 db 新增到了主機檔案裡，因此可以通過主機名連線到容器上。這是連線資訊：

從該命令還可以看到當 docker 連線容器時，它還提供了一系列包含有用資訊的環境變數，比如，主機名，tcp 埠和容器名。

第3步完成了 —— MySQL 資料庫正常執行在容器裡，還可以在本地或者在容器裡執行 node.js 微服務，並且已經知道了如何連線這兩者。

如果你想了解更多，可以在 step3 的分支裡檢視這一階段的程式碼。

第4步：環境的整合測試

現在可以編寫整合測試，呼叫實際伺服器，作為 docker 容器執行，呼叫容器化的測試資料庫。

可以用任何語言，或者在任何平臺上完成整合測試，但是為了保持簡潔，這裡使用的是 Node.js，因為專案裡已經使用了Mocha 和 Supertest。

在名為 integration-tests 的新目錄下，建立一個 index.js:

它會檢查 API 呼叫，並且顯示測試結果。
只要 users-services 和 test-database 正在執行，測試就能夠通過。但是，這時候服務開始變得有點難處理：
1. 需要使用 shell 指令碼來啟動和停止資料庫
2. 需要記住一系列命令來基於資料庫啟動使用者服務
3. 需要使用 node 直接執行整合測試
既然我們已經很熟悉 Docker 了，應該能夠解決這些問題。

簡化 Test 資料庫

目前測試資料庫有如下檔案：

既然已經很熟悉 Docker 了，讓我們嘗試改進它們。

在 Docker Hub 上檢視 mysql 映象文件，有一處註釋告訴使用者任何新增到映象的 /docker-entrypoint-initdb.d 目錄的 .sql 或者 .sh 檔案會在搭建 DB 的時候執行。

這意味著可以使用 Dockerfile 代替 start.sh 和 stop.sh 。

現在執行測試資料庫只需要：

組合

構建並且執行每個容器仍然有些費時。可以使用 Docker Compose 工具進一步簡化。

Docker Composer 允許使用者建立一個檔案，在其中定義系統裡的每個容器，容器間的關係，並且構建或者執行它們。
首先，安裝 Docker Compose。在專案根目錄下建立一個新檔案，稱為 docker-compose.yml:

現在就可以試一下啦：

Docker Compose 會構建出應用程式所需要的所有映象，從其上建立出容器，並且以正確順序執行容器，從而啟動整個應用程式！
docker-compose build 命令構建 docker-compose.yml 檔案裡列出的每個映象：

每個服務的 build 值告訴 docker 到哪裡找到 Dockerfile 。當使用者執行 docker-compose up 時，docker 會啟動所有服務。注意在 Dockerfile 裡，使用者可以指定埠和依賴關係。實際上，在這個檔案裡，使用者可以更改所有配置。
在另一個終端裡，執行 docker compose down，可以正常關閉容器。

總結

本文裡介紹了很多 docker 知識，不過這裡還有一些。我希望你能夠從本文找到一些有趣有用的東西，能夠幫助你在工作中使用 docker。

和平常一樣，歡迎提問和建議！同時強烈推薦文件《理解 Docker 》，可以幫助大家更深入地理解 docker 的工作機制。

在 github.com/dwmkerr/node-docker-microservice 處可以看到本文所構建的專案的最終原始碼。

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