构建 Java 镜像的 10 个最佳实践

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构建一个简单的 Java 容器镜像

1. Docker 镜像使用确定性的标签

2. 在 Java 镜像中仅安装需要的内容

3. 使用多阶段构建 Java 镜像

4. 防止敏感信息泄漏

5.不要以 root 用户运行容器

6. Java 应用程序不要使用 PID 为 1 的进程

7. 优雅下线 Java 应用程序

8. 使用 .dockerignore 文件

9. 确保 Java 版本支持容器

10. 谨慎使用容器自动化生成工具

你想构建一个 Java 应用程序并在 Docker 中运行它吗？你知道在使用 Docker 构建 Java 容器有哪些最佳实践？

在下面的速查表中，我将为你提供构建生产级 Java 容器的最佳实践，旨在优化和保护要投入生产环境中的 Docker 镜像。

构建一个简单的 Java 容器镜像

让我们从简单的 Dockerfile 开始，在构建 Java 容器时，我们经常会有如下类似的内容：

这很简单，而且有效。但是，此镜像充满错误。

我们不仅应该了解如何正确使用 Maven，而且还应避免像上述示例那样构建 Java 容器。

下面，让我们开始逐步改进这个Dockerfile，使你的Java应用程序生成高效，安全的Docker镜像。

1. Docker 镜像使用确定性的标签

当使用 Maven 构建 Java 容器镜像时，我们首先需要基于 Maven 镜像。但是，你知道使用 Maven 基本镜像时实际上引入了哪些内容吗？

当你使用下面的代码行构建镜像时，你将获得该 Maven 镜像的最新版本：

这似乎是一个有趣的功能，但是这种采用 Maven 默认镜像的策略可能存在一些潜在问题：

你的 Docker 构建不是幂等的。这意味着每次构建的结果可能会完全不同，今天的最新镜像可能不同于明天或下周的最新镜像，导致你的应用程序的字节码也是不同的，并且可能发生意外。因此，构建镜像时，我们希望具有可复制的确定性行为；

Maven Docker 镜像是基于完整的操作系统镜像。这样会导致许多其他二进制文件出现在最终的生产镜像中，但是运行你的 Java 应用程序不需要很多这些二进制文件。因此，将它们作为 Java 容器镜像的一部分存在一些缺点：1) 镜像体积变大，导致更长的下载和构建时间。2) 额外的二进制文件可能会引入安全漏洞。

如何解决？

使用适合你需求的最小基础镜像。考虑一下——你是否需要一个完整的操作系统（包括所有额外的二进制文件）来运行你的程序？如果没有，也许基于 alpine 镜像或 Debian 的镜像会更好；

使用特定的镜像 如果使用特定的镜像，则已经可以控制和预测某些行为。如果我使用 镜像，则已经确定我正在使用 JDK 11 和 Maven 3.6.3。JDK 和 Maven 的更新，将不再影响 Java 容器的行为。为了更加精确，你也可以使用镜像的 SHA256 哈希值。使用哈希将确保你每次构建镜像时都使用完全相同的基础镜像。

让我们用这些知识更新我们的 Dockerfile：

2. 在 Java 镜像中仅安装需要的内容

以下命令会在容器中构建 Java 程序，包括其所有依赖项。这意味着源代码和构建系统都将会是 Java 容器的一部分。

我们都知道 Java 是一种编译语言。这意味着我们只需要由你的构建环境创建的工件，而不需要代码本身。这也意味着构建环境不应成为 Java 镜像的一部分。

要运行 Java 镜像，我们也不需要完整的 JDK。一个 Java 运行时环境（JRE）就足够了。因此，从本质上讲，如果它是可运行的 JAR，那么只需要使用 JRE 和已编译的 Java 构件来构建镜像。

使用 Maven 在 CI 流水线中都构建编译程序，然后将JAR复制到镜像中，如下面的更新的 Dockerfile 中所示：

3. 使用多阶段构建 Java 镜像

在本文的前面，我们谈到了我们不需要在容器中构建 Java 应用程序。但是，在某些情况下，将我们的应用程序构建为 Docker 镜像的一部分很方便。

我们可以将 Docker 镜像的构建分为多个阶段。我们可以使用构建应用程序所需的所有工具来构建镜像，并在最后阶段创建实际的生产镜像。

4. 防止敏感信息泄漏

在创建 Java 应用程序和 Docker 镜像时，很有可能需要连接到私有仓库，类似 的配置文件经常会泄露敏感信息。但在使用多阶段构建时，你可以安全地将 复制到你的构建容器中。带有凭据的设置将不会出现在你的最终镜像中。此外，如果将凭据用作命令行参数，则可以在构建镜像中安全地执行此操作。

使用多阶段构建，你可以创建多个阶段，仅将结果复制到最终的生产镜像中。这种分离是确保在生产环境中不泄漏数据的一种方法。

哦，顺便说一句，使用 命令查看 Java 镜像的输出：

输出仅显示来自容器镜像的信息，而不显示构建镜像的过程。

5.不要以 root 用户运行容器

创建 Docker 容器时，你需要应用最小特权原则，防止由于某种原因攻击者能够入侵你的应用程序，则你不希望他们能够访问所有内容。

拥有多层安全性，可以帮助你减少系统威胁。因此，必须确保你不以 root 用户身份运行应用程序。

但默认情况下，创建 Docker 容器时，你将以 root 身份运行它。尽管这对于开发很方便，但是你不希望在生产镜像中使用它。假设由于某种原因，攻击者可以访问终端或可以执行代码。在那种情况下，它对正在运行的容器具有显著的特权，并且访问主机文件系统。

解决方案非常简单。创建一个有限特权的特定用户来运行你的应用程序，并确保该用户可以运行该应用程序。最后，在运行应用程序之前，不要忘记使用新创建的用户。

让我们相应地更新我们的 Dockerfile。

6. Java 应用程序不要使用 PID 为 1 的进程

在许多示例中，我看到了使用构建环境来启动容器化 Java 应用程序的常见错误。

上面，我们了解了要在  Java 容器中使用 Maven 或 Gradle 的重要性，但是使用如下命令，会有不同的效果：

在 Docker 中运行应用程序时，第一个应用程序将以进程 ID 为 1（PID=1）运行。Linux内核会以特殊方式处理 PID 为 1 的进程。通常，进程号为 1 的 PID 上的过程是初始化过程。如果我们使用 Maven 运行 Java 应用程序，那么如何确定 Maven 将类似 SIGTERM 信号转发给 Java 进程呢？

如果像下面的示例，那样运行 Docker 容器，则Java应用程序将具有 PID 为 1 的进程。

请注意， 和 命令仅向 PID 为 1 的容器进程发送信号。例如，如果你正在运行 Java 应用的 shell 脚本， 不会将信号转发给子进程。

更为重要的是，在 Linux 中，PID 为 1 的容器进程还有一些其他职责。因此，在某些情况下，你不希望应用程序成为 PID 为 1 的进程，因为你不知道如何处理这些问题。一个很好的解决方案是使用 。

当你像这样运行 Docker 容器时， 会占用 PID 为1的容器进程并承担所有责任。你的 Java 流程不再需要考虑这一点。

我们更新后的 Dockerfile 现在看起来像这样：

7. 优雅下线 Java 应用程序

当你的应用程序收到关闭信号时，理想情况下，我们希望所有内容都能正常关闭。根据你开发应用程序的方式，中断信号（SIGINT）或 CTRL + C 可能导致立即终止进程。

这可能不是你想要的东西，因为诸如此类的事情可能会导致意外行为，甚至导致数据丢失。

当你将应用程序作为 Payara 或 Apache Tomcat 之类的 Web 服务器的一部分运行时，该 Web 服务器很可能会正常关闭。对于某些支持可运行应用程序的框架也是如此。例如，Spring Boot 具有嵌入式 Tomcat 版本，可以有效地处理关机问题。

当你创建一个独立的 Java 应用程序或手动创建一个可运行的 JAR 时，你必须自己处理这些中断信号。

解决方案非常简单。添加一个退出钩子（hook），如下面的示例所示。收到类似 SIGINT 信号后，优雅下线应用程序的进程将会被启动。

诚然，与 Dockerfile 相关的问题相比，这是一个通用的 Web 应用程序问题，但在容器环境中更重要。

8. 使用 .dockerignore 文件

为了防止不必要的文件污染 git 存储库，你可以使用 文件。

对于 Docker 镜像，我们有类似的东西—— 文件。类似于 git 的忽略文件，它是为了防止 Docker 镜像中出现不需要的文件或目录。同时，我们也不希望敏感信息泄漏到我们的 Docker 镜像中。

请参阅以下示例的 ：

使用 文件的要点是：

跳过仅用于测试目的的依赖项；

使你免于泄露密钥或凭据信息进入 Java Docker 镜像的文件；

另外，日志文件也可能包含你不想公开的敏感信息；

保持 Docker 镜像的美观和整洁，本质上是使镜像变小。除此之外，它还有助于防止意外行为。

9. 确保 Java 版本支持容器

Java 虚拟机（JVM）是一件了不起的事情。它会根据其运行的系统进行自我调整。有基于行为的调整，可以动态优化堆的大小。但是，在 Java 8 和 Java 9 等较旧的版本中，JVM 无法识别容器设置的CPU限制或内存限制。这些较旧的 Java 版本的 JVM 看到了主机系统上的全部内存和所有 CPU 容量。Docker 设置的限制将被忽略。

随着 Java 10 的发布，JVM 现在可以感知容器，并且可以识别容器设置的约束。该功能 是 JVM 标志，默认情况下设置为活动状态。Java 10 中发布的容器感知功能也已移植到 。

对于 Java 8 之前的版本，你可以手动尝试使用该 标志来限制堆大小，但这是一个痛苦的练习。紧接着，堆大小不等于 Java 使用的内存。对于 和 Java 9，容器感知功能是实验性的，你必须主动激活。

最好的选择是将 Java 更新到 10 以上的版本，以便默认情况下支持容器。不幸的是，许多公司仍然严重依赖 Java 8。这意味着你应该在 Docker 镜像中更新到 Java 的最新版本，或者确保至少使用 或更高版本。

10. 谨慎使用容器自动化生成工具

你可能会偶然发现适用于构建系统的出色工具和插件。除了这些插件，还有一些很棒的工具可以帮助你创建 Java 容器，甚至可以根据需要自动发布应用。

从开发人员的角度来看，这看起来很棒，因为你不必在创建实际应用程序时，还要花费精力维护 Dockerfile。

这样的插件的一个例子是 JIB。如下所示，我只需要调用 命令可以构建镜像：

它将为我构建一个具有指定名称的 Docker 镜像，而没有任何麻烦。

使用 2.3 及更高版本时，可以通过调用 mvn 命令进行操作：

在这种情况下，系统都会自动为我创建一个 Java 镜像。这些镜像还比较小，那是因为他们正在使用非发行版镜像或 buildpack 作为镜像的基础。但是，无论镜像大小如何，你如何知道这些容器是安全的？你需要进行更深入的调查，即使这样，你也不确定将来是否会保持这种状态。

我并不是说你在创建 Java Docker 时不应使用这些工具。但是，如果你打算发布这些镜像，则应研究 Java 镜像所有方面的安全。镜像扫描将是一个好的开始。从安全性的角度来看，我的观点是，以完全控制和正确的方式创建 Dockerfile，是创建镜像更好，更安全的方式。