Docker容器化技术详解与实践

1. 相关概念

1.1 什么是Docker

Docker是一种开源的应用容器引擎，基于Go语言开发。它可以让开发者打包应用以及应用的依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux机器或Windows机器上，也可以实现虚拟化。它是一种容器化技术的具体实现。

1.2 什么是Docker Compose

Docker Compose 是 Docker 官方编排工具，用于定义和运行多容器 Docker 应用程序。通过 docker-compose.yml 文件来配置应用程序的服务，然后使用单个命令即可创建并启动所有服务。它是一种编排技术的具体实现。

1.3 核心概念

• 镜像(Image): Docker镜像是一个只读的模板，用来创建Docker容器。例如，一个镜像可以包含一个完整的Ubuntu操作系统环境。
• 容器(Container): Docker利用容器来运行应用。容器是从镜像创建的运行实例，可以被启动、开始、停止、删除。
• 仓库(Repository): 集中存放镜像文件的场所。每个仓库可以包含多个标签(tag)的镜像。
• Dockerfile: 一个文本文件，包含了一条条的指令，用于创建镜像。
• docker-compose.yml: 定义服务和项目配置的文件，包含端口映射、路径映射等，用于创建容器。
• 服务(Service): 应用中的某个服务组件。
• 项目(Project): 完整的应用项目，包含多个服务，在 docker-compose.yml 文件中定义。
• 容器化(Containerizatio): 一种操作系统级别的虚拟化技术，将应用程序及其依赖打包到轻量级、可移植的容器中。
• 编排(Orchestration): 自动化容器的部署、管理、扩展和联网的过程。

2. 软件架构

2.1 Docker架构组件

Docker Client -> Docker Daemon -> Container Runtime -> Container
Docker Compose CLI -> Docker Engine API -> Docker Daemon -> Containers

• Docker客户端(Docker Client): 用户与Docker交互的主要方式，通过命令行或其他工具发送指令。
• Docker守护进程(Docker Daemon): 运行在主机上的后台进程，负责管理Docker对象如镜像、容器、网络和卷等。
• Docker注册中心(Registry): 存储Docker镜像的地方，Docker Hub是最常用的公共注册中心。
• Container Runtime: 容器运行时环境

graph TDA[Docker Client] --> B[Docker Daemon]B --> C[Container Runtime<br/>containerd/runc]subgraph "Docker Daemon"BCendsubgraph "镜像管理"D[Docker Registry<br/>Docker Hub/私有仓库] --> E[Image Layers]E --> F[Local Image Cache]B --> FF --> G[Container]endsubgraph "Docker Compose编排"H[docker-compose.yml] --> I[Docker Compose CLI]I --> J[Project<br/>多服务应用]J --> K[Service 1<br/>Web App]J --> L[Service 2<br/>Database]J --> M[Service 3<br/>Cache]endsubgraph "容器运行时"G --> N[Namespaces<br/>隔离]G --> O[CGroups<br/>资源限制]G --> P[Union FS<br/>文件系统]endsubgraph "网络与存储"Q[Docker Network] --> KQ --> LQ --> MR[Docker Volume] --> LendK --> BL --> BM --> Bstyle H fill:#e1f5festyle I fill:#e1f5festyle J fill:#f3e5f5style K fill:#f3e5f5style L fill:#f3e5f5style M fill:#f3e5f5style D fill:#fff3e0style E fill:#fff3e0style F fill:#fff3e0

2.2 底层技术支持

• Namespaces: 提供隔离的工作区，包括PID、Network、Mount、UTS、IPC、User等命名空间。
• Control Groups(cgroups): 限制和隔离资源使用(CPU、内存、磁盘I/O等)。
• Union File Systems: 用于构建层次化的文件系统，支持Docker镜像的轻量级和快速。

3. 关键交互流程

3.1. 镜像生命周期

• Docker Client → Docker Daemon: 发送 pull 命令
• Docker Daemon → Docker Registry: 下载镜像层
• Docker Registry → Docker Daemon: 返回镜像数据
• Docker Daemon → 本地存储: 缓存镜像层

3.2. 容器运行流程

• Docker Client → Docker Daemon: 发送 run 命令
• Docker Daemon → Local Image Cache: 获取镜像
• Docker Daemon → Container Runtime: 创建容器
• Container Runtime → 内核: 应用 Namespaces 和 CGroups

3.3 Docker Compose编排流程

• Docker Compose CLI → 解析 docker-compose.yml
• Docker Compose CLI → Docker Daemon: 依次创建服务
• Docker Daemon → 自动创建: 网络、数据卷等资源
• Docker Compose CLI → 管理: 服务间的依赖关系和生命周期

4. 基本原理

4.1 容器化与虚拟化区别

特性	容器化	虚拟化
启动速度	秒级	分钟级
硬盘使用	MB级别	GB级别
性能	接近原生	有一定损耗
系统支持量	单机支持上千个容器	一般几十个

4.2 镜像分层原理

Docker镜像采用分层存储架构：

• 每个镜像由一系列只读层组成
• 每一层代表Dockerfile中的一条指令
• 容器运行时添加一个可读写层(RW layer)

FROM ubuntu:18.04          # Layer 1
COPY . /app                # Layer 2
RUN make /app              # Layer 3
CMD ["python", "/app/app.py"] # Layer 4

4.3 容器生命周期管理

1. 创建: docker create
2. 启动: docker start
3. 运行: docker run
4. 暂停: docker pause
5. 恢复: docker unpause
6. 停止: docker stop
7. 重启: docker restart
8. 删除: docker rm

4.4 服务间通信原理

• 默认网络: Docker Compose 会自动创建一个默认网络，所有服务都在此网络中
• 服务发现: 服务可以通过服务名称进行DNS解析和通信
• 网络隔离: 不同项目的服务默认网络隔离

5. Docker + Docker Compose实践

5.1 如何搭建Docker环境？

######## 一、安装docker 和 docker compose
【CentOS系统】
# 1. 安装Docker服务
sudo yum update -y
sudo yum install -y docker# 2. 启动Docker服务并实现开机自启动
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker# 3. 安装Docker Compose
sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.20.0/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose【Ubuntu系统】
## 1. 安装Docker服务
# 更新apt包索引
sudo apt update -y# 安装必要的包
sudo apt install -y apt-transport-https ca-certificates curl gnupg lsb-release# 添加Docker官方GPG密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg
或
curl -fsSL --tlsv1.2 https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg# 添加Docker仓库
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null# 更新apt包索引
sudo apt update -y# 安装Docker Engine
sudo apt install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin# 配置docker镜像加速器(解决网络问题导致下载镜像失败问题)
sudo vim /etc/docker/daemon.json
{"registry-mirrors": ["https://docker-0.unsee.tech"]
}
注：其它镜像地址可参考 https://cloud.tencent.com/developer/article/2524388## 2. 启动Docker服务
# 启动Docker服务
sudo systemctl start docker# 设置开机自启
sudo systemctl enable docker# 将当前用户添加到docker组（可选，避免每次使用sudo）
sudo usermod -aG docker $USER## 3. 安装Docker Compose
# 方法一：使用apt安装（推荐）
sudo apt install -y docker-compose-plugin
sudo apt install docker-compose# 方法二：或者下载二进制文件
sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.20.0/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose# 验证安装
docker-compose version
docker compose version
例：
docker-compose version 1.25.0, build unknown
docker-py version: 4.1.0
CPython version: 3.8.10
OpenSSL version: OpenSSL 1.1.1f  31 Mar 2020
例：
Docker Compose version v2.35.1

5.2 如何部署第三方的MySQL服务?

# 1.进入mysql docker文件夹位置
cd /xx/xx/mysql# 2.创建并编写docker-compose.yml文件
version: '3.3'
services:mysql:image: mysql:8.0container_name: mysql-serverrestart: alwaysenvironment:MYSQL_ROOT_PASSWORD: rootpassword# 指定需要创建的数据库名MYSQL_DATABASE: myappMYSQL_USER: appuserMYSQL_PASSWORD: userpasswordports:- "3306:3306"volumes:- mysql_data:/var/lib/mysql- ./init:/docker-entrypoint-initdb.dcommand: --default-authentication-plugin=mysql_native_password# 定义命名卷，右侧空白代表使用默认配置
volumes:mysql_data:# 3.创建并后台启动容器
docker-compose up -d# 4.运行效果如下图所示

实践：

5.3 如何部署自定义的SpringBoot服务?

代码工程结构：
project-root/
├── src/
├── pom.xml
├── Dockerfile
├── docker-compose.yml
├── application-docker.yml
└── .dockerignore部署目录结构：
demoAPP/
├── Dockerfile
├── docker-compose.yml
├── application-docker.yml
└── .dockerignore
└── demo.jar

1. 创建Dockerfile 和 .dockerignore

######### Dockerfile
# 基础镜像
FROM openjdk:8-jdk-alpine# 设置时区
RUN apk add --no-cache tzdata
ENV TZ=Asia/Shanghai# 创建应用目录
WORKDIR /app# 复制jar包
COPY *.jar app.jar# 复制用于docker环境部署的业务配置文件
COPY application-docker.yml /app/config/# 暴露端口
EXPOSE 9100# 启动应用
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "app.jar"]######### .dockerignore
# 构建输出目录
target/
!.mvn/wrapper/maven-wrapper.jar# Git相关文件
.git
.gitignore# IDE相关文件
.idea/
.vscode/
*.iml
*.iws# 日志文件
*.log
logs/# 临时文件
tmp/
temp/# 配置文件（如果不想包含）
application-local.yml
.env# 文档文件
README.md
docs/

2. 创建docker-compose.yml

version: '3.3'
services: # springboot服务demoapp:    build: .   container_name: demoService ports: - "9100:9100"    volumes: - ./logs:/app/logs   - ./application-docker.yml:/app/config/application-docker.yml  environment: - spring.profiles.active=docker# 使用host网络模式，可以直接访问宿主机网络network_mode: "host"

3. 创建docker运行环境配置文件

创建 application-docker.yml（专门用于docker环境部署，用于与原环境进行隔离且原配置文件不动）：

# application-docker.yml
server:port: 9100                       # 保持与原配置一致idworker:workerId: 1datacenterId: 1max-http-header-size: 10240servlet:context-path: /forumtomcat:uri-encoding: UTF-8spring:profiles:active: dockerapplication:name: ForumApplicationservlet:multipart:max-request-size: 20MBmax-file-size: 10MBcloud:sentinel:transport:dashboard: sentinel-dashboard:8080  # 使用服务名port: 8719eager: trueweb-context-unify: false# 数据源配置 - 使用环境变量datasource:type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSourcedriverClassName: com.mysql.cj.jdbc.Driverdruid:url: jdbc:mysql://${DB_HOST:192.168.75.244}:${DB_PORT:6668}/dev_db_forum?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&zeroDateTimeBehavior=convertToNull&useSSL=true&serverTimezone=GMT%2B8username: ${DB_USERNAME:root}password: ${DB_PASSWORD:sfdgdh}initialSize: 5minIdle: 10maxActive: 20maxWait: 60000timeBetweenEvictionRunsMillis: 60000minEvictableIdleTimeMillis: 300000maxEvictableIdleTimeMillis: 900000validationQuery: SELECT 1 FROM DUALtestWhileIdle: truetestOnBorrow: falsetestOnReturn: falsewebStatFilter:enabled: truestatViewServlet:enabled: trueurl-pattern: /druid/*filter:stat:enabled: truelog-slow-sql: trueslow-sql-millis: 1000merge-sql: truewall:config:multi-statement-allow: true# Redis缓存配置 - 使用环境变量redis:cluster:nodes: ${REDIS_NODES:192.168.75.244:7000,192.168.75.244:7001,192.168.75.244:7002,192.168.75.244:7003,192.168.75.244:7004,192.168.75.244:7005}password: ${REDIS_PASSWORD:dfsfs}timeout: 5000lettuce:pool:max-active: 200max-idle: 10min-idle: 5max-wait: -1database: 8# 健康检查
management:health:defaults:enabled: false# mybatis plus 设置
mybatis-plus:mapper-locations: classpath*:mapper/**/*Mapper.xmltypeAliasesPackage: com.fenda.**.entityglobal-config:banner: falsedb-config:id-type: AUTOtable-underline: trueconfiguration:call-setters-on-nulls: true

4. 构建和部署流程

# 1.打包应用 并 上传到服务器指定位置/xx/xx/demoAPP/
mvn clean package -DskipTests
或
IDEA 右侧栏 先后点击clean和Install# 2.构建并后台启动所有服务
cd /xx/xx/demoAPP/
docker-compose up -d
注：该命令会先自动检测本地是否存在镜像，不存在则会基于DockFile执行docker build构建镜像，再基于镜像构建容器和启动相关服务# 3.查看服务状态
docker-compose ps
或
docker ps
注：服务状态为up则代表容器启动成功# 4.查看服务日志
docker-compose logs -f  <服务名># 5.进入容器环境可查看映射的文件夹、文件、执行系统命令等
docker exec -it aa48dd91c15e bash
或
docker exec -it aa48dd91c15e sh

6. 常见问题与解决方案

6.1 容器间通信

使用Docker网络或Docker Compose实现容器互联。

6.2 数据持久化

通过数据卷或绑定挂载确保数据不会因容器删除而丢失。

6.3 镜像大小优化

使用多阶段构建、Alpine基础镜像等方式减小镜像体积。

6.4 性能调优

合理配置CPU和内存限制，使用合适的存储驱动。