製作JavaCV應用依賴的基礎Docker映象(CentOS7+JDK8+OpenCV4)

程式設計師欣宸發表於2022-01-13

JavaDockerCentOSJDKOpenCV

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本篇概覽

在《三分鐘：極速體驗JAVA版目標檢測(YOLO4)》一文中，我們們體驗了YOLO4強大的物體識別能力，如下圖：

在這裡插入圖片描述

如果您已看過《三分鐘：極速體驗JAVA版目標檢測(YOLO4)》，甚至動手實際操作過，您應該會對背後的技術細節感興趣，接下來就請隨欣宸一起動手實戰，從無到有將這個應用開發出來；

實戰內容

為了減少環境和軟體差異的影響，讓程式的執行除錯更簡單，也為了讓應用可以在容器環境執行，最終整個應用會被製作成docker映象，所以我們們的目標被設定為下面三項：

開發出java版的物體識別應用
將此應用製作成docker映象
在docker環境執行這個應用

基於上述目標，我們可以確定以下操作步驟：

準備好docker基礎映象
開發java應用
將java應用打包成package檔案，整合到基礎映象中，得到最終的java應用映象

整個流程如下圖所示：

在這裡插入圖片描述

本篇的目標就是上述第一步：準備好docker基礎映象

製作基礎映象

如果您有過製作java應用映象的經歷，一定會產生疑問：如下圖紅框所示，一般不都是把OpenJDK的官方映象作為基礎映象嗎？為啥要用一篇文章來講基礎映象的事情？

在這裡插入圖片描述

對於物體檢測的應用來說，OpenJDK的官方映象是不夠用的，因為用java實現檢測需要一個關鍵技術：javacv，在javacv執行過程中需要用到opencv的一些本地庫，因此需要在執行環境中安裝opencv
如下圖所示，一個應用自下而上由六部分構成，如果將底部的作業系統、JDK、OpenCV做成基礎映象就方便多了，我們們開發應用的時候只要需關注上面三層即可，而上面三層不就是個普通的maven工程嗎？

在這裡插入圖片描述

至此，聰明的您對接下來要做的事情應該很清楚了：編寫Dockerfile檔案用來製作映象，這個映象中要有CentOS7 + JDK1.8 + OpenCV4

分兩步走

我打算先做一個CentOS7 + JDK8的映象，在此基礎上再做一個整合了OpenCV的映象，這樣在一些不需要OpenCV的場景中，我還能單獨使用CentOS7 + JDK1.8的映象
分析完成，開始動手吧

CentOS7 + JDK8的映象

之所以選擇CentOS作為作業系統，是因為平時工作中最常用的就是它了
縱觀OpenJDK官方的各種映象，並沒有發現CentOS作為作業系統的，因此自己動手做一個吧，思路很簡單：找到OpenJDK的Dockerfile檔案，把它的基礎映象換成CentOS7.6即可
以下是Dockerfile的所有內容，可見核心是根據不同的作業系統下載檔案然後安裝，邏輯簡單清晰就不多說了：

FROM centos:7.6.1810

RUN set -eux; \
    yum install -y \
        gzip \
        tar \
        binutils \
        freetype fontconfig \
    ;

ENV JAVA_HOME /usr/java/openjdk-8
ENV PATH $JAVA_HOME/bin:$PATH

# Default to UTF-8 file.encoding
ENV LANG C.UTF-8

RUN set -eux; \
    \
    arch="$(objdump="$(command -v objdump)" && objdump --file-headers "$objdump" | awk -F '[:,]+[[:space:]]+' '$1 == "architecture" { print $2 }')"; \
    case "$arch" in \
        'i386:x86-64') \
            downloadUrl='https://github.com/AdoptOpenJDK/openjdk8-upstream-binaries/releases/download/jdk8u292-b10/OpenJDK8U-jdk_x64_linux_8u292b10.tar.gz'; \
            ;; \
        'aarch64') \
            downloadUrl='https://github.com/AdoptOpenJDK/openjdk8-upstream-binaries/releases/download/jdk8u292-b10/OpenJDK8U-jdk_aarch64_linux_8u292b10.tar.gz'; \
            ;; \
        *) echo >&2 "error: unsupported architecture: '$arch'"; exit 1 ;; \
    esac; \
    \
    curl -fL -o openjdk.tgz "$downloadUrl"; \
    curl -fL -o openjdk.tgz.asc "$downloadUrl.sign"; \
    \
    export GNUPGHOME="$(mktemp -d)"; \
# pre-fetch Andrew Haley's (the OpenJDK 8 and 11 Updates OpenJDK project lead) key so we can verify that the OpenJDK key was signed by it
# (https://github.com/docker-library/openjdk/pull/322#discussion_r286839190)
# we pre-fetch this so that the signature it makes on the OpenJDK key can survive "import-clean" in gpg
    gpg --batch --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-keys EAC843EBD3EFDB98CC772FADA5CD6035332FA671; \
# TODO find a good link for users to verify this key is right (https://mail.openjdk.java.net/pipermail/jdk-updates-dev/2019-April/000951.html is one of the only mentions of it I can find); perhaps a note added to https://adoptopenjdk.net/upstream.html would make sense?
# no-self-sigs-only: https://salsa.debian.org/debian/gnupg2/commit/c93ca04a53569916308b369c8b218dad5ae8fe07
    gpg --batch --keyserver keyserver.ubuntu.com --keyserver-options no-self-sigs-only --recv-keys CA5F11C6CE22644D42C6AC4492EF8D39DC13168F; \
    gpg --batch --list-sigs --keyid-format 0xLONG CA5F11C6CE22644D42C6AC4492EF8D39DC13168F \
        | tee /dev/stderr \
        | grep '0xA5CD6035332FA671' \
        | grep 'Andrew Haley'; \
    gpg --batch --verify openjdk.tgz.asc openjdk.tgz; \
    rm -rf "$GNUPGHOME"; \
    \
    mkdir -p "$JAVA_HOME"; \
    tar --extract \
        --file openjdk.tgz \
        --directory "$JAVA_HOME" \
        --strip-components 1 \
        --no-same-owner \
    ; \
    rm openjdk.tgz*; \
    \
    rm -rf "$JAVA_HOME/jre/lib/security/cacerts"; \
# see "update-ca-trust" script which creates/maintains this cacerts bundle
    ln -sT /etc/pki/ca-trust/extracted/java/cacerts "$JAVA_HOME/jre/lib/security/cacerts"; \
    \
# https://github.com/oracle/docker-images/blob/a56e0d1ed968ff669d2e2ba8a1483d0f3acc80c0/OracleJava/java-8/Dockerfile#L17-L19
    ln -sfT "$JAVA_HOME" /usr/java/default; \
    ln -sfT "$JAVA_HOME" /usr/java/latest; \
    for bin in "$JAVA_HOME/bin/"*; do \
        base="$(basename "$bin")"; \
        [ ! -e "/usr/bin/$base" ]; \
        alternatives --install "/usr/bin/$base" "$base" "$bin" 20000; \
    done; \
    \
# basic smoke test
    javac -version; \
    java -version

寫完之後執行docker build -t bolingcavalry/centos7.6-jdk8:0.0.1 .即可生成映象，如果您有hub.docker.com的賬號，還可以將其推送到中央倉庫，給更多人使用
用history命令看看映象內容，詳情如下，合計五百多兆，已經不小了：

will@Mac-mini$ docker history bolingcavalry/centos7.6-jdk8:0.0.1
IMAGE          CREATED       CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
a5dead4a6505   2 days ago    /bin/sh -c set -eux;         arch="$(objdump…   209MB     
<missing>      2 days ago    /bin/sh -c #(nop)  ENV LANG=C.UTF-8             0B        
<missing>      2 days ago    /bin/sh -c #(nop)  ENV PATH=/usr/java/openjd…   0B        
<missing>      2 days ago    /bin/sh -c #(nop)  ENV JAVA_HOME=/usr/java/o…   0B        
<missing>      2 days ago    /bin/sh -c set -eux;     yum install -y     …   144MB     
<missing>      2 years ago   /bin/sh -c #(nop)  CMD ["/bin/bash"]            0B        
<missing>      2 years ago   /bin/sh -c #(nop)  LABEL org.label-schema.sc…   0B        
<missing>      2 years ago   /bin/sh -c #(nop) ADD file:54b004357379717df…   202MB

我這裡已經推送到hub.docker.com上去了，執行以下命令即可下載到本地：

docker pull bolingcavalry/centos7.6-jdk8:0.0.3

CentOS7+JDK8+OpenCV4映象

接下來可以整合OpenCV4了，這裡有兩個關鍵點需要注意：

受到JavaCV依賴的約束，OpenCV的版本要用4.5.3
OpenCV編譯的時候要求cmake版本是3.x，因此需要下載cmake對應版本

最終，Dockerfile內容如下，基礎映象是前面做好的bolingcavalry/centos7.6-jdk8:0.0.1，先是安裝一大堆編譯所需的應用，然後下載cmake並安裝，再下載OpenCV-4.5.3版本的原始碼然後編譯，就這麼簡單（但其間的除錯工作還是不少的，不說了，說多了都是淚）：

FROM bolingcavalry/centos7.6-jdk8:0.0.1

RUN echo "export LC_ALL=en_US.UTF-8"  >>  /etc/profile \
    && source /etc/profile

RUN set -eux; \
    yum install -y \
        make \
        gcc \
        gcc-c++ \
        gtk+-devel \
        gimp-devel \
        gimp-devel-tools \
        gimp-help-browser \
        zlib-devel \
        libtiff-devel \
        libjpeg-devel \
        libpng-devel \
        gstreamer-devel \
        libavc1394-devel \
        libraw1394-devel \
        libdc1394-devel \
        jasper-devel \
        jasper-utils \
        swig \
        python \
        libtool \
        nasm \
        build-essential \
        ant \
        unzip \
    ;

RUN set -eux; \
    curl -fL -o cmake-3.12.2-Linux-x86_64.tar.gz https://cmake.org/files/v3.12/cmake-3.12.2-Linux-x86_64.tar.gz \
    && tar -zxvf cmake-3.12.2-Linux-x86_64.tar.gz \
    && mv cmake-3.12.2-Linux-x86_64 cmake-3.12.2 \
    && ln -sf /cmake-3.12.2/bin/* /usr/bin; \
    curl -fL -o opencv-4.5.3.zip https://codeload.github.com/opencv/opencv/zip/4.5.3; \
    unzip opencv-4.5.3.zip; \
    rm -rf opencv-4.5.3.zip; \
    cd opencv-4.5.3; \
    mkdir build; \
    cd build; \
    cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local ..; \
    make; \
    make install; \
    cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local -DBUILD_TESTS=OFF ..;\
    make -j8; \
    make install

執行命令docker build -t bolingcavalry/opencv4.5.3:0.0.1 .即可生成映象，如果您有hub.docker.com的賬號，還可以將其推送到中央倉庫，給更多人使用
用history命令看看映象內容，詳情如下，倒吸一口涼氣，這麼大的體積，親愛的讀者們會不會打死我...：

will@Mac-mini centos7-jdk8 % docker history bolingcavalry/opencv4.5.3:0.0.1
IMAGE          CREATED        CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
d1518ffa4699   5 days ago     RUN /bin/sh -c set -eux;     curl -fL -o cma…   819MB     buildkit.dockerfile.v0
<missing>      5 days ago     RUN /bin/sh -c set -eux;     yum install -y …   637MB     buildkit.dockerfile.v0
<missing>      5 days ago     RUN /bin/sh -c echo "export LC_ALL=en_US.UTF…   1.84kB    buildkit.dockerfile.v0
<missing>      3 months ago   /bin/sh -c set -eux;         arch="$(objdump…   209MB     
<missing>      3 months ago   /bin/sh -c #(nop)  ENV LANG=C.UTF-8             0B        
<missing>      3 months ago   /bin/sh -c #(nop)  ENV PATH=/usr/java/openjd…   0B        
<missing>      3 months ago   /bin/sh -c #(nop)  ENV JAVA_HOME=/usr/java/o…   0B        
<missing>      3 months ago   /bin/sh -c set -eux;     yum install -y     …   144MB     
<missing>      2 years ago    /bin/sh -c #(nop)  CMD ["/bin/bash"]            0B        
<missing>      2 years ago    /bin/sh -c #(nop)  LABEL org.label-schema.sc…   0B        
<missing>      2 years ago    /bin/sh -c #(nop) ADD file:54b004357379717df…   202MB

我這裡已經推送到hub.docker.com上去了，執行以下命令即可下載到本地：

docker pull bolingcavalry/opencv4.5.3:0.0.1

這裡要提醒一下，opencv的編譯是非常耗時的，請確保docker宿主機的效能不要太差，也請您耐心等待編譯過程
至此，符合我們們要求的基礎映象opencv4.5.3:0.0.1已製作完成，有了它，我們們的Java應用所需的jdk和opencv就湊齊了，在開發javacv相關的應用時，以它為基礎映象就無需再為環境和依賴庫操心，終於可以聚焦java開發了

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