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https://github.com/zq2599/blog_demos
- 內容：原創文章分類匯總，及配套源碼，涉及Java、Docker、K8S、DevOPS等
經過多篇知識積累終於來到實戰章節，親愛的讀者們，請將裝備就位，一起動手體驗SpringBoot官方帶給我們的最新技術；
關於《SpringBoot-2.3容器化技術》系列
- 《SpringBoot-2.3容器化技術》系列，旨在和大家一起學習實踐2.3版本帶來的最新容器化技術，讓咱們的Java應用更加適應容器化環境，在雲計算時代依舊緊跟主流，保持競爭力；
- 全系列文章分為主題和輔助兩部分，主題部分如下：
- 《體驗SpringBoot(2.3)應用製作Docker鏡像(官方方案)》；
- 《詳解SpringBoot(2.3)應用製作Docker鏡像(官方方案)》；
- 《掌握SpringBoot-2.3的容器探針：基礎篇》；
- 《掌握SpringBoot-2.3的容器探針：深入篇》；
- 《掌握SpringBoot-2.3的容器探針：實戰篇》；
- 輔助部分是一些參考資料和備忘總結，如下：
- 《SpringBoot-2.3鏡像方案為什麼要做多個layer》；
- 《設置非root賬號不用sudo直接執行docker命令》；
- 《開發階段，將SpringBoot應用快速部署到K8S》；
SpringBoot-2.3容器探針知識點小結
經過前面的知識積累，我們知道了SpringBoot-2.3新增的探針規範以及適用場景，這裏做個簡短的回顧：
- kubernetes要求業務容器提供一個名為livenessProbe的地址，kubernetes會定時訪問該地址，如果該地址的返回碼不在200到400之間，kubernetes認為該容器不健康，會殺死該容器重建新的容器，這個地址就是存活探針；
- kubernetes要求業務容器提供一個名為readinessProbe的地址，kubernetes會定時訪問該地址，如果該地址的返回碼不在200到400之間，kubernetes認為該容器無法對外提供服務，不會把請求調度到該容器，這個地址就是就緒探針；
- SpringBoot的2.3.0.RELEASE發布了兩個新的actuator地址，/actuator/health/liveness和/actuator/health/readiness，前者用作存活探針，後者用作就緒探針，這兩個地址的返回值來自兩個新增的actuator：Liveness State和Readiness State；
- SpringBoot應用根據特殊環境變量是否存在來判定自己是否運行在容器環境，如果是，/actuator/health/liveness和/actuator/health/readiness這兩個地址就有返回碼，具體的值是和應用的狀態有對應關係的，例如應用啟動過程中，/actuator/health/readiness返回503，啟動成功后返回200；
- 業務應用可以通過Spring系統事件機制來讀取Liveness State和Readiness State，也可以訂閱這兩個actuator的變更事件；
- 業務應用可以通過Spring系統事件機制來修改Liveness State和Readiness State，此時/actuator/health/liveness和/actuator/health/readiness的返回值都會發生變更，從而影響kubernetes對此容器的行為（參照第一點和第二點），例如livenessProbe返回碼變成503，導致kubernetes認為容器不健康，從而殺死容器；
小結完畢，接下來開始實打實的編碼和操作實戰，驗證上述理論；
實戰環境信息
本次實戰有兩個環境：開發和運行環境，其中開發環境信息如下：
- 操作系統：Ubuntu 20.04 LTS 桌面版
- CPU ：2.30GHz × 4，內存：32G，硬盤：1T NVMe
- JDK：1.8.0_231
- MAVEN：3.6.3
- SpringBoot：2.3.0.RELEASE
- Docker：19.03.10
- 開發工具：IDEA 2020.1.1 (Ultimate Edition)
運行環境信息如下：
- 操作系統：CentOS Linux release 7.8.2003
- Kubernetes：1.15
事實證明，用Ubuntu桌面版作為開發環境是可行的，體驗十分順暢，IDEA、SubLime、SSH、Chrome、微信都能正常使用，下圖是我的Ubuntu開發環境：
實戰內容簡介
本次實戰包括以下內容：
- 開發SpringBoot應用，部署在kubernetes；
- 檢查應用狀態和kubernetes的pod狀態的關聯變化；
- 修改Readiness State，看kubernetes是否還會把請求調度到pod；
- 修改Liveness State，看kubernetes會不是殺死pod；
源碼下載
- 本次實戰用到了一個普通的SpringBoot工程，源碼可在GitHub下載到，地址和鏈接信息如下錶所示(https://github.com/zq2599/blog_demos)：
| 名稱 | 鏈接 | 備註 |
|---|---|---|
| 項目主頁 | https://github.com/zq2599/blog_demos | 該項目在GitHub上的主頁 |
| git倉庫地址(https) | https://github.com/zq2599/blog_demos.git | 該項目源碼的倉庫地址，https協議 |
| git倉庫地址(ssh) | git@github.com:zq2599/blog_demos.git | 該項目源碼的倉庫地址，ssh協議 |
- 這個git項目中有多個文件夾，本章的應用在probedemo文件夾下，如下圖紅框所示：
開發SpringBoot應用
- 請在IDEA上安裝lombok插件：
- 在IDEA上新建名為probedemo的SpringBoot工程，版本選擇2.3.0：
- 該工程的pom.xml內容如下，注意要有spring-boot-starter-actuator和lombok依賴，另外插件spring-boot-maven-plugin也要增加layers節點：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>2.3.0.RELEASE</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<groupId>com.bolingcavalry</groupId>
<artifactId>probedemo</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<name>probedemo</name>
<description>Demo project for Spring Boot</description>
<properties>
<java.version>1.8</java.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
<exclusions>
<exclusion>
<groupId>org.junit.vintage</groupId>
<artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
<version>2.3.0.RELEASE</version>
<!--該配置會在jar中增加layer描述文件，以及提取layer的工具-->
<configuration>
<layers>
<enabled>true</enabled>
</layers>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>
- 應用啟動類ProbedemoApplication是個最普通的啟動類：
package com.bolingcavalry.probedemo;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplication
public class ProbedemoApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(ProbedemoApplication.class, args);
}
}
- 增加一個監聽類，可以監聽存活和就緒狀態的變化：
package com.bolingcavalry.probedemo.listener;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.boot.availability.AvailabilityChangeEvent;
import org.springframework.boot.availability.AvailabilityState;
import org.springframework.context.event.EventListener;
import org.springframework.stereotype.Component;
/**
* description: 監聽系統事件的類 <br>
* date: 2020/6/4 下午12:57 <br>
* author: willzhao <br>
* email: zq2599@gmail.com <br>
* version: 1.0 <br>
*/
@Component
@Slf4j
public class AvailabilityListener {
/**
* 監聽系統消息，
* AvailabilityChangeEvent類型的消息都從會觸發此方法被回調
* @param event
*/
@EventListener
public void onStateChange(AvailabilityChangeEvent<? extends AvailabilityState> event) {
log.info(event.getState().getClass().getSimpleName() + " : " + event.getState());
}
}
- 增加名為StateReader的Controller的Controller，用於獲取存活和就緒狀態：
package com.bolingcavalry.probedemo.controller;
import org.springframework.boot.availability.ApplicationAvailability;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.annotation.Resource;
import java.util.Date;
@RestController
@RequestMapping("/statereader")
public class StateReader {
@Resource
ApplicationAvailability applicationAvailability;
@RequestMapping(value="/get")
public String state() {
return "livenessState : " + applicationAvailability.getLivenessState()
+ "<br>readinessState : " + applicationAvailability.getReadinessState()
+ "<br>" + new Date();
}
}
- 增加名為StateWritter的Controller，用於設置存活和就緒狀態：
package com.bolingcavalry.probedemo.controller;
import org.springframework.boot.availability.AvailabilityChangeEvent;
import org.springframework.boot.availability.LivenessState;
import org.springframework.boot.availability.ReadinessState;
import org.springframework.context.ApplicationEventPublisher;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.annotation.Resource;
import java.util.Date;
/**
* description: 修改狀態的controller <br>
* date: 2020/6/4 下午1:21 <br>
* author: willzhao <br>
* email: zq2599@gmail.com <br>
* version: 1.0 <br>
*/
@RestController
@RequestMapping("/staterwriter")
public class StateWritter {
@Resource
ApplicationEventPublisher applicationEventPublisher;
/**
* 將存活狀態改為BROKEN（會導致kubernetes殺死pod）
* @return
*/
@RequestMapping(value="/broken")
public String broken(){
AvailabilityChangeEvent.publish(applicationEventPublisher, StateWritter.this, LivenessState.BROKEN);
return "success broken, " + new Date();
}
/**
* 將存活狀態改為CORRECT
* @return
*/
@RequestMapping(value="/correct")
public String correct(){
AvailabilityChangeEvent.publish(applicationEventPublisher, StateWritter.this, LivenessState.CORRECT);
return "success correct, " + new Date();
}
/**
* 將就緒狀態改為REFUSING_TRAFFIC（導致kubernetes不再把外部請求轉發到此pod）
* @return
*/
@RequestMapping(value="/refuse")
public String refuse(){
AvailabilityChangeEvent.publish(applicationEventPublisher, StateWritter.this, ReadinessState.REFUSING_TRAFFIC);
return "success refuse, " + new Date();
}
/**
* 將就緒狀態改為ACCEPTING_TRAFFIC（導致kubernetes會把外部請求轉發到此pod）
* @return
*/
@RequestMapping(value="/accept")
public String accept(){
AvailabilityChangeEvent.publish(applicationEventPublisher, StateWritter.this, ReadinessState.ACCEPTING_TRAFFIC);
return "success accept, " + new Date();
}
}
- 增加名為Hello的controller，此接口能返回當前pod的IP地址，在後面測試時會用到：
package com.bolingcavalry.probedemo.controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.net.Inet4Address;
import java.net.InetAddress;
import java.net.NetworkInterface;
import java.net.SocketException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;
/**
* description: hello demo <br>
* date: 2020/6/4 下午4:38 <br>
* author: willzhao <br>
* email: zq2599@gmail.com <br>
* version: 1.0 <br>
*/
@RestController
public class Hello {
/**
* 返回的是當前服務器IP地址，在k8s環境就是pod地址
* @return
* @throws SocketException
*/
@RequestMapping(value="/hello")
public String hello() throws SocketException {
List<Inet4Address> addresses = getLocalIp4AddressFromNetworkInterface();
if(null==addresses || addresses.isEmpty()) {
return "empty ip address, " + new Date();
}
return addresses.get(0).toString() + ", " + new Date();
}
public static List<Inet4Address> getLocalIp4AddressFromNetworkInterface() throws SocketException {
List<Inet4Address> addresses = new ArrayList<>(1);
Enumeration e = NetworkInterface.getNetworkInterfaces();
if (e == null) {
return addresses;
}
while (e.hasMoreElements()) {
NetworkInterface n = (NetworkInterface) e.nextElement();
if (!isValidInterface(n)) {
continue;
}
Enumeration ee = n.getInetAddresses();
while (ee.hasMoreElements()) {
InetAddress i = (InetAddress) ee.nextElement();
if (isValidAddress(i)) {
addresses.add((Inet4Address) i);
}
}
}
return addresses;
}
/**
* 過濾迴環網卡、點對點網卡、非活動網卡、虛擬網卡並要求網卡名字是eth或ens開頭
* @param ni 網卡
* @return 如果滿足要求則true，否則false
*/
private static boolean isValidInterface(NetworkInterface ni) throws SocketException {
return !ni.isLoopback() && !ni.isPointToPoint() && ni.isUp() && !ni.isVirtual()
&& (ni.getName().startsWith("eth") || ni.getName().startsWith("ens"));
}
/**
* 判斷是否是IPv4，並且內網地址並過濾迴環地址.
*/
private static boolean isValidAddress(InetAddress address) {
return address instanceof Inet4Address && address.isSiteLocalAddress() && !address.isLoopbackAddress();
}
}
以上就是該SpringBoot工程的所有代碼了，請確保可以編譯運行；
製作Docker鏡像
- 在pom.xml所在目錄創建文件Dockerfile，內容如下：
# 指定基礎鏡像，這是分階段構建的前期階段
FROM openjdk:8u212-jdk-stretch as builder
# 執行工作目錄
WORKDIR application
# 配置參數
ARG JAR_FILE=target/*.jar
# 將編譯構建得到的jar文件複製到鏡像空間中
COPY ${JAR_FILE} application.jar
# 通過工具spring-boot-jarmode-layertools從application.jar中提取拆分后的構建結果
RUN java -Djarmode=layertools -jar application.jar extract
# 正式構建鏡像
FROM openjdk:8u212-jdk-stretch
WORKDIR application
# 前一階段從jar中提取除了多個文件，這裏分別執行COPY命令複製到鏡像空間中，每次COPY都是一個layer
COPY --from=builder application/dependencies/ ./
COPY --from=builder application/spring-boot-loader/ ./
COPY --from=builder application/snapshot-dependencies/ ./
COPY --from=builder application/application/ ./
ENTRYPOINT ["java", "org.springframework.boot.loader.JarLauncher"]
- 先編譯構建工程，執行以下命令：
mvn clean package -U -DskipTests
- 編譯成功后，通過Dockerfile文件創建鏡像：
sudo docker build -t bolingcavalry/probedemo:0.0.1 .
- 鏡像創建成功：
SpringBoot的鏡像準備完畢，接下來要讓kubernetes環境用上這個鏡像；
將鏡像加載到kubernetes環境
此時的鏡像保存在開發環境的電腦上，可以有以下三種方式加載到kubernetes環境：
- push到私有倉庫，kubernetes上使用時也從私有倉庫獲取；
- push到hub.docker.com，kubernetes上使用時也從hub.docker.com獲取，目前我已經將此鏡像push到hub.docker.com，您在kubernetes直接使用即可，就像nginx、tomcat這些官方鏡像一樣下載；
- 在開發環境執行docker save bolingcavalry/probedemo:0.0.1 > probedemo.tar，可將此鏡像另存為本地文件，再scp到kubernetes服務器，再在kubernetes服務器執行docker load < /root/temp/202006/04/probedemo.tar就能加載到kubernetes服務器的本地docker緩存中；
以上三種方法的優缺點整理如下：
- 首推第一種，但是需要您搭建私有倉庫；
- 由於springboot-2.3官方對鏡像構建作了優化，第二種方法也就執行第一次的時候上傳和下載很耗時，之後修改java代碼重新構建時，不論上傳還是下載都很快（只上傳下載某個layer）；
- 在開發階段，使用第三種方法最為便捷，但如果kubernetes環境有多台機器，就不合適了，因為鏡像是存在指定機器的本地緩存的；
我的kubernetes環境只有一台電腦，因此用的是方法三，參考命令如下(建議安裝sshpass，就不用每次輸入帳號密碼了)：
# 將鏡像保存為tar文件
sudo docker save bolingcavalry/probedemo:0.0.1 > probedemo.tar
# scp到kubernetes服務器
sshpass -p 888888 scp ./probedemo.tar root@192.168.50.135:/root/temp/202006/04/
# 遠程執行ssh命令，加載docker鏡像
sshpass -p 888888 ssh root@192.168.50.135 "docker load < /root/temp/202006/04/probedemo.tar"
kubernetes部署deployment和service
- 在kubernetes創建名為probedemo.yaml的文件，內容如下，注意pod副本數是2，另外請關注livenessProbe和readinessProbe的參數配置：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: probedemo
spec:
type: NodePort
ports:
- port: 8080
nodePort: 30080
selector:
name: probedemo
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: probedemo
spec:
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
name: probedemo
spec:
containers:
- name: probedemo
image: bolingcavalry/probedemo:0.0.1
tty: true
livenessProbe:
httpGet:
path: /actuator/health/liveness
port: 8080
initialDelaySeconds: 5
failureThreshold: 10
timeoutSeconds: 10
periodSeconds: 5
readinessProbe:
httpGet:
path: /actuator/health/readiness
port: 8080
initialDelaySeconds: 5
timeoutSeconds: 10
periodSeconds: 5
ports:
- containerPort: 8080
resources:
requests:
memory: "512Mi"
cpu: "100m"
limits:
memory: "1Gi"
cpu: "500m"
- 執行命令kubectl apply -f probedemo..yaml，即可創建deployment和service：
- 這裏要重點關注的是livenessProbe的initialDelaySeconds和failureThreshold參數，initialDelaySeconds等於5，表示pod創建5秒后檢查存活探針，如果10秒內應用沒有完成啟動，存活探針不返回200，就會重試10次(failureThreshold等於10)，如果重試10次后存活探針依舊無法返回200，該pod就會被kubernetes殺死重建，要是每次啟動都耗時這麼長，pod就會不停的被殺死重建；
- 執行命令kubectl apply -f probedemo.yaml，創建deployment和service，如下圖，可見在第十秒的時候pod創建成功，但是此時還未就緒：
- 繼續查看狀態，創建一分鐘后兩個pod終於就緒：
- 用kubectl describe命令查看pod狀態，事件通知显示存活和就緒探針都有失敗情況，不過因為有重試，因此後來狀態會變為成功：
至此，從編碼到部署都完成了，接下來驗證SpringBoot-2.3.0.RELEASE的探針技術；
驗證SpringBoot-2.3.0.RELEASE的探針技術
- 監聽類AvailabilityListener的作用是監聽狀態變化，看看pod日誌，看AvailabilityListener的代碼是否有效，如下圖紅框，在應用啟動階段AvailabilityListener被成功回調，打印了存活和就緒狀態：
-
kubernetes所在機器的IP地址是192.168.50.135，因此SpringBoot服務的訪問地址是http://192.168.50.135:30080/xxx
-
訪問地址http://192.168.50.135:30080/actuator/health/liveness，返回碼如下圖紅框，可見存活探針已開啟：
- 就緒探針也正常：
- 打開兩個瀏覽器，都訪問：http://192.168.50.135:30080/hello，多次Ctrl+F5強刷，如下圖，很快就能得到不同結果，證明響應來自不同的Pod：
- 訪問：http://192.168.50.135:30080/statereader/get，可以得到存活和就緒的狀態，可見StateReader的代碼已經生效，可以通過ApplicationAvailability接口取得狀態：
- 修改就緒狀態，訪問：http://192.168.50.135:30080/statewriter/refuse，如下圖紅框，可見收到請求的pod，其就緒狀態已經出現了異常，證明StateWritter.java中修改就緒狀態后，可以讓kubernetes感知到這個pod的異常：
- 用瀏覽器反覆強刷hello接口，返回的Pod地址也只有一個，證明只有一個Pod在響應請求：
- 嘗試恢復服務，注意請求要在服務器後台發送，而且IP地址要用剛才被設置為refuse的pod地址：
curl http://10.233.90.195:8080/statewriter/accept
- 如下圖，狀態已經恢復：
- 最後再來試試將存活狀態從CORRECT改成BROKEN，瀏覽器訪問：http://192.168.50.135:30080/statewriter/broken
- 如下圖紅框，重啟次數變成1，表示pod被殺死了一次，並且由於重啟導致當前還未就緒，證明在SpringBoot中修改了存活探針的狀態，是會觸發kubernetes殺死pod的：
- 等待pod重啟、就緒探針正常后，一切恢復如初：
- 強刷瀏覽器，如下圖紅框，兩個Pod都能正常響應：
官方忠告
- 至此，《掌握SpringBoot-2.3的容器探針》系列就全部完成了，從理論到實踐，咱們一起學習了SpringBoot官方帶給我們的容器化技術，最後以一段官方忠告來結尾，大家一起將此忠告牢記在心：
- 我對以上內容的理解：選擇外部系統的服務作為探針的時候要謹慎（外部系統可能是數據庫，也可能是其他web服務），如果外部系統出現問題，會導致kubernetes殺死pod(存活探針問題)，或者導致kubernetes不再調度請求到pod(就緒探針問題)；（再請感謝大家容忍我的英語水平）
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