持续交付：云原生应用的“十二要素”
- 使用声明式格式来建立自动化，最大限度减少新人加入项目的时间和成本。
- 与底层操作系统形成一个干净的合约，为在不同执行环境之间移植提供最大的可能。
- 适于部署在现代的云平台上，最大限度减少对服务器和系统管理的需要。
- 最大限度地减少开发环境和生产环境之间的差异，使持续部署实现最大的灵活性。
- 可以水平扩展，但不需要对工具、架构或者开发方式进行重大改变。
独立系统的架构原则
“独立系统的架构原则”（https://isa-principles.org/）与“十二要素应用”密切相关，但前者更注重架构方面。这些原则基于微服务，尤其是自包含系统（SCS）的经验，是一组最佳实践的集合。
现在让我们简要介绍一下这些要素，看看它们如何用来持续部署 Java 应用程序。
- 代码库 ：在版本控制系统中跟踪的一个代码库，会被多次部署 应该将每个 Java 应用程序（或者服务）的代码，存储在一个共享的代码仓库中。部署所使用的配置文件（例如，脚本、Dockerfile 和 Jenkinsfile）也应当与应用程序代码存储在一起。
- 依赖关系 ：显式声明并隔离依赖项 我们通常会使用构建工具（例如，Maven 或 Gradle）来管理 Java 应用程序中的依赖关系，并且应该在虚拟机（VM）镜像清单、Dockerfile 或者无服务器架构的配置文件中，明确指出操作系统方面的依赖项。
- 配置 ：在环境中存储配置 Twelve-Factor App 建议通过环境变量将配置信息注入应用程序。实际上，许多 Java 开发人员更喜欢使用配置文件来管理这些变量，而且在构建包含密码的 VM 或者容器时，通过环境变量来指定密码可能会存在潜在的安全问题。 将非敏感的配置数据存储在 Spring Cloud Config（基于 Git 或 Consul）等远程服务中，并且将密码存储在 HashiCorp 的 Vault 服务中，既可以满足 Twelve-Factor 的建议，也符合当前的最佳实践。
- 支持服务 ：将支持服务视为一种附加资源（一般通过网络进行调用） 在构建管道的组件测试中，Java 开发人员习惯用这种方式来代替数据存储和中间件，例如，使用内存数据库（例如，HSQLDB、Apache Qpid 和 Stubbed Cassandra）或者服务虚拟化（例如，Hoverfly 和 WireMock）框架。
- 构建、发布、运行 ：严格分离构建和运行阶段 对于 Java 等编译语言，这条规范显而易见（并且几乎没有其他方式可选择）。值得一提的是，VM 和容器技术的灵活性意味着，你可以使用合理配置的单独构件来构建、测试和运行应用程序。例如，你可以使用一个完整的 OS、JDK 以及诊断工具，创建一个用于构建和测试的部署构件，也可以在生产环境中仅用 OS 和 JRE 创建一个运行应用程序的构件。 但是，我们将此视为一种反模式，因为只应该有一个构件进入构建管道，即“单一事实来源”。使用多个构件很容易导致开发环境和生产环境的配置不同，当发生问题时难以调试。
- 进程 ：将应用程序作为一个或多个无状态的进程执行 借助 VM 镜像、容器镜像或者无服务器函数等技术，可以让构建和运行 Java 微服务应用程序变得更加容易。
- 端口绑定 ：通过端口绑定暴露服务 Java 开发人员习惯通过端口暴露应用程序的服务（例如，在 Jetty 或 Apache Tomcat上运行一个应用程序）。
- 并发 ：通过进程模型进行伸缩 传统的 Java 应用程序通常会采用相反的方式，因为运行中的 JVM 就像是一个巨大的“超级进程”，通常会通过添加更多堆内存来实现垂直伸缩，或者通过镜像和负载均衡来实现多个实例的水平伸缩。不过，将 Java 应用程序分解为微服务，然后在VM、容器或无服务器函数中运行这些服务，也可以实现可伸缩性。无论采用何种方法来实现可伸缩性，都应该在构建管道中进行测试。
- 可处置性 ：通过快速启动和优雅关闭保证最大的稳定性 对于习惯于创建传统的、长期运行的 Java 应用程序的开发人员而言，这可能需要转变观念，因为大部分应用程序的配置和初始化，都是在 JVM 或者应用程序启动过程中预先加载的。但是现代化的、容器化的应用程序会使用更多的即时（JIT）配置，确保应用程序在关闭期间尽最大努力清理资源和状态。
- 开发 / 生产环境差异 ：尽可能保持开发、预发布和生产环境一致 与传统的物理机部署相比，将 VM 或容器技术与 VMware、Kubernetes 和 Mesos 等编排技术结合使用，可以降低开发环境和生产环境之间的不同，因为在物理机器环境中，开发或测试机器的底层硬件和操作系统配置可能会有显著差异。 随着构件在构建管道中的不断构建，它会越来越接近真实的环境（例如，单元测试可以在一个内存的沙箱中运行）。但是，端到端测试应该尽可能在类似生产环境的环境中进行。
- 日志 ：将日志视为事件流 Java 与日志框架之间存在着长期、重要的关系，但是像 Logback 和 Log4j2 等现代的日志框架，已经可以将日志流式传输到标准输出或磁盘上。
- 管理进程 ：一次性运行管理任务 因为容器和无服务器函数可以非常简单地运行 Java 应用程序，所以管理任务可以一次性运行。但是，它们也必须在构建管道内（或者作为其中的一部分）进行测试。
十二要素应用的各项原则，说明了在设计系统时，不仅要了解背后的部署方式，还要积极地利用它。接下来，我们要介绍与此密切相关的一个话题 — 机械同情心。
培养机械同理心
Martin Thompson 和 Dave Farley 多年来一直在讨论软件开发的“机械同理心”。他们的灵感来自一级方程式赛车手 Jackie Stewart 的名言，“要想成为一名赛车手，你不必成为一名工程师，但你必须有机械同理心。”了解赛车的运作方式会让你成为更好的赛车手，同样，程序员如果理解计算机硬件的工作原理也会有助于编程。你不一定需要获得计算机科学学位或者成为一名硬件工程师，但是你确实需要了解硬件的工作原理，并在设计软件时考虑这一点。
架构师坐在象牙塔里绘制 UML 图的日子已经结束。架构师和开发人员必须通过新的技术，不断增加实践经验和运维经验。PaaS、CaaS 和函数已经从根本上改变了软件与硬件交互的方式。实际上，许多现代的 PaaS 平台和基于函数的解决方案，背后都使用了容器技术来提供进程隔离，所以你应该了解以下这些变化 ：
- PaaS 和容器技术可以限制对系统资源的访问，避免开发、运维操作或者资源竞争导致资源耗尽。
- 容器技术（偶尔）会将不正确的可用资源暴露给 JVM（例如，通常暴露给容器化 JVM 应用程序的处理器核心数量，是底层主机的硬件属性，而不是该容器的数量限制）。
- 在运行 PaaS 时，通常会在操作系统上附加一层抽象层（例如，编排框架、容器技术，以及一个附加的 OS）。
- 与传统的部署平台相比，PaaS 平台和容器编排、调度框架通常会更频繁地停止、启动和移动容器（以及应用程序）。
- 公有云 PaaS 和容器平台的硬件结构，天生会更为短暂。
- 容器化和无服务器应用程序，会出现新的安全攻击漏洞，必须加以关注和处理。
开发人员不应该对这些部署结构的变化感到惊讶，因为新技术自然会带来一些变化（例如，升级应用程序的 JVM 版本、在容器中部署 Java 应用程序，以及在云计算平台上运行 Java 应用程序）。通过加强 CD 构建管道中的测试过程，可以预防绝大多数潜在的问题。
面向失败的设计和持续测试
云计算为开发人员提供了绝佳的机会，十年前，我们只能梦想像现在一样，点一下按钮就可以将硬件组装起来。但这种基础设施也带来了新的挑战。由于云计算具有网络化、成本低廉、规模巨大等特点，所以云平台的性能问题和故障也是不可避免的。
云平台中的绝大多数 I/O 操作都通过网络进行。例如，看上去是本地的弹性块存储通常由一个存储区域网络（SAN）提供，性能特征差异很大。如果你在本地计算机上开发一个应用程序，包含三个频繁访问数据库的服务，那么你就会发现，同样是访问 localhost回环网络和直接访问 SSD 块存储的操作，本地环境和云平台上的性能差异很大。这甚至可以决定一个项目的成败。
大多数云计算的基础设施天生就是短暂的，与本地环境的硬件相比，也更容易出现故障。结合我们大多数人在设计分布式系统时所遵循的原则，你必须设计出能够容忍服务消失或者被重新部署的系统。当许多开发人员在考虑如何测试这类故障时，脑海中都会浮现出 Netflix Simian Army 和 Chaos Monkeys 工具。但是，这类测试通常是在生产环境中进行的。在开发 CD 构建管道时，你还需要实现一个有限的但是功能相当的混乱测试，只不过在故障类型和效果方面更加可控。
松耦合的系统通常更容易测试，因为你可以更容易地隔离组件，而高内聚有助于在修复错误时，降低寻找问题原因的难度。本节要介绍的主要内容是，持续交付管道必须尽快在实际环境（类似生产环境）中进行部署和测试，并且必须可以模拟和测试性能和故障场景。
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