深入学习 Docker：从基础到高级实践

2025-03-16

深入学习 Docker：从基础到高级实践

Docker 是现代开发中不可或缺的工具，它通过容器化技术让应用程序的开发、测试和部署更加高效。本文将详细介绍 Docker 的核心概念，并深入探讨如何使用 Dockerfile 和 Docker Compose 构建和管理容器化应用。

Docker 基础知识

Docker 是一个开源平台，用于自动化部署应用程序。它通过容器将应用及其依赖打包在一起，确保在不同环境下的行为一致性。

核心概念详解

  1. 镜像 (Image)
    镜像是一个只读模板，包含操作系统、应用程序代码和依赖。例如，nginx:latest 是一个官方提供的 Nginx 镜像。镜像通过分层文件系统构建，每一层都可以缓存以提高效率。

  2. 容器 (Container)
    容器是镜像的运行时实例。你可以把镜像想象成一张蓝图，而容器是根据蓝图建成的房子。容器是隔离的，但共享宿主机的内核。

  3. Dockerfile
    Dockerfile 是一个脚本文件，定义了如何构建自定义镜像。它包含一系列指令，如 FROM、COPY 和 CMD。

  4. Docker Compose
    Docker Compose 是一个工具，用于定义和运行多容器应用。通过一个 YAML 文件，你可以配置多个服务、网络和卷。

安装 Docker

在学习之前，确保已安装 Docker Desktop（Windows/Mac）或 Docker Engine（Linux）。你可以在 Docker 官网 下载安装包。安装完成后，运行以下命令检查版本：

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docker --version
docker-compose --version

如果命令成功输出版本号，说明安装完成。

使用 Dockerfile 构建自定义镜像

Dockerfile 是 Docker 的核心，允许你精确控制镜像的构建过程。让我们以一个 Node.js 应用为例，逐步讲解。

示例 Dockerfile

以下是一个详细的 Dockerfile：

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# 指定基础镜像
FROM node:16-alpine
# alpine 版本更小巧，适合生产环境

# 添加元数据（可选）
LABEL maintainer="Your Name <your.email@example.com>"
LABEL version="1.0"
LABEL description="A simple Node.js app"

# 设置工作目录
WORKDIR /usr/src/app
# 如果目录不存在，Docker 会自动创建

# 复制 package.json 和 package-lock.json（如果有）
COPY package*.json ./
# 使用通配符确保兼容性

# 安装依赖
RUN npm install --production
# --production 跳过 devDependencies，减少镜像体积

# 复制应用代码
COPY src/ ./src/
# 只复制 src 目录，避免不必要的文件

# 设置环境变量
ENV NODE_ENV=production
ENV PORT=3000

# 暴露端口
EXPOSE 3000
# 仅声明端口，实际映射在运行时指定

# 定义容器启动命令
CMD ["node", "src/index.js"]
# CMD 提供默认执行命令，可以在运行时覆盖

构建和运行镜像

  1. 创建一个简单的 Node.js 应用（例如 src/index.js）：

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    const express = require('express');
    const app = express();
    app.get('/', (req, res) => res.send('Hello Docker!'));
    app.listen(3000, () => console.log('Server running on port 3000'));

  2. 将 Dockerfile 和应用代码放在同一目录下，然后构建镜像：

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    docker build -t my-node-app:1.0 .
    • -t 指定镜像名称和标签。
    • . 表示使用当前目录的 Dockerfile。

  3. 运行容器：

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    docker run -d -p 3000:3000 --name my-app my-node-app:1.0
    • -d 后台运行。
    • -p 映射宿主机端口到容器端口。
    • --name 指定容器名称。

  4. 访问 http://localhost:3000，你将看到 “Hello Docker!”。

Dockerfile 指令详解

  • FROM：指定基础镜像，必须是第一条非注释指令。
  • WORKDIR：设置工作目录，后续命令在此目录执行。
  • COPY：将本地文件复制到镜像中，支持多层路径。
  • RUN：在构建时执行命令，例如安装依赖。
  • EXPOSE：声明容器监听的端口。
  • CMD：指定容器启动时的默认命令，只能有一条有效。

使用 Docker Compose 管理多容器应用

对于需要多个服务（例如 Web 应用和数据库）的场景，Docker Compose 是理想工具。它通过一个 YAML 文件定义服务、网络和卷。

示例 docker-compose.yml

以下是一个详细的配置文件，包含一个 Node.js 应用和 MongoDB：

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version: '3.8'  # 指定 Compose 文件版本
services:
  app:  # 服务名称
    build:
      context: .  # 构建上下文（当前目录）
      dockerfile: Dockerfile  # 指定 Dockerfile
    image: my-node-app:1.0  # 自定义镜像名称
    ports:
      - "3000:3000"  # 宿主机:容器端口映射
    depends_on:
      - db  # 依赖 db 服务
    environment:  # 环境变量
      - NODE_ENV=production
      - MONGO_URL=mongodb://db:27017/myapp
    restart: unless-stopped  # 自动重启策略
    networks:
      - app-network  # 自定义网络

  db:
    image: mongo:5.0  # 使用官方 MongoDB 镜像
    ports:
      - "27017:27017"  # 暴露数据库端口
    volumes:
      - mongo-data:/data/db  # 数据持久化
    environment:
      - MONGO_INITDB_DATABASE=myapp  # 初始化数据库
    networks:
      - app-network

# 定义卷
volumes:
  mongo-data:
    driver: local  # 使用本地存储

# 定义网络
networks:
  app-network:
    driver: bridge  # 默认桥接网络

修改 Node.js 应用连接 MongoDB

更新 src/index.js：

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const express = require('express');
const mongoose = require('mongoose');
const app = express();

mongoose.connect(process.env.MONGO_URL, { useNewUrlParser: true, useUnifiedTopology: true })
  .then(() => console.log('Connected to MongoDB'))
  .catch(err => console.error('MongoDB connection error:', err));

app.get('/', (req, res) => res.send('Hello Docker with MongoDB!'));
app.listen(3000, () => console.log('Server running on port 3000'));

确保 package.json 中添加了 mongoose 依赖：

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npm install mongoose

运行和管理

  1. 在项目根目录运行：

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    docker-compose up --build
    • --build 强制重新构建镜像。

  2. 检查运行状态：

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    docker-compose ps

  3. 停止并清理：

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    docker-compose down --volumes
    • --volumes 删除卷数据。

访问 http://localhost:3000，应用将连接 MongoDB 并运行。

Docker Compose 配置详解

  • services：定义所有服务。
  • build：指定构建镜像的上下文和 Dockerfile。
  • ports：映射端口。
  • depends_on：设置服务启动顺序。
  • volumes：持久化数据。
  • networks：自定义网络隔离。

高级技巧与注意事项

  1. 优化镜像大小

    • 使用 .dockerignore 文件排除不必要的文件（例如 node_modules、git 等）：

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      node_modules
      .git
      .gitignore

    • 选择轻量级基础镜像（如 alpine）。

  2. 日志管理
    查看容器日志：

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    docker logs my-app

  3. 调试容器
    进入容器内部：

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    docker exec -it my-app /bin/sh

  4. 清理资源
    删除未使用的容器、镜像和卷：

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    docker system prune

学习资源推荐

  • 官方文档：阅读 Docker Docs 和 Compose Docs。
  • 实践项目：尝试容器化一个完整的 Web 应用（前端、后端、数据库）。
  • 视频教程：YouTube 上有许多 Docker 入门课程，例如 TechWorld with Nana 的系列。

总结

通过 Dockerfile，你可以精确控制镜像构建；通过 Docker Compose，你可以轻松管理多服务应用。本文从基础到高级逐步讲解了 Docker 的使用，希望能帮助你快速上手。Docker 的真正力量在于实践，赶快动手试试吧！