將使用 Jib 的 Micronaut 應用程式容器化部署至 Google Kubernetes Engine

1. 總覽

關於 Micronaut

Micronaut 是以 JVM 為基礎的現代化全端架構，可建構模組化且易於測試的微服務和無伺服器應用程式。Micronaut 的目標是提供優異的啟動時間、快速的總處理量，以及最小的記憶體用量。開發人員可以使用 Java、Groovy 或 Kotlin 透過 Micronaut 進行開發。

Micronaut 提供：

• 啟動時間快速且記憶體用量低：以反射為基礎的 IoC 架構會載入並快取程式碼中每個欄位、方法和建構函式的反射資料，但使用 Micronaut 時，應用程式啟動時間和記憶體用量不會受程式碼大小限制。
• 宣告式、反應式、編譯階段 HTTP 用戶端：宣告式建構反應式 HTTP 用戶端，這些用戶端會在編譯階段實作，減少記憶體耗用量。
• 以 Netty 為基礎建構的非封鎖 HTTP 伺服器：Micronaut 的 HTTP 伺服器學習曲線平緩，可盡可能輕鬆地公開 API，供 HTTP 用戶端使用。
• 快速輕鬆地進行測試：在單元測試中輕鬆啟動伺服器和用戶端，並立即執行。
• 有效率的編譯時間依附元件插入和 AOP - Micronaut 提供簡單的編譯時間面向導向程式設計 API，不會使用反射。
• 建構完全回應式且非封鎖的應用程式：Micronaut 支援任何實作 Reactive Streams 的架構，包括 RxJava 和 Reactor。

詳情請參閱 Micronaut 網站。

關於 Kubernetes

Kubernetes 是開放原始碼專案，能夠在許多不同環境中運作，包括筆記型電腦、高可用性的多節點叢集、公有雲、地端部署、虛擬機器和裸機環境。

在本實驗室中，您會將以 Groovy 為基礎的簡易 Micronaut 微服務，部署至在 Kubernetes Engine 上執行的 Kubernetes。

本程式碼研究室的目標是讓您以在 Kubernetes 上執行的複製服務形式，執行微服務。您會將在本機開發的程式碼轉換為 Docker 容器映像檔，然後在 Kubernetes Engine 上執行該映像檔。

下圖說明本程式碼研究室中各個部分的運作方式，協助您瞭解各個部分如何搭配運作。在完成本程式碼研究室的過程中，請將這份檔案做為參考資料；您應該會在完成時瞭解所有內容 (但現在可以忽略這份檔案)。

在本程式碼研究室中，使用 Kubernetes Engine (在 Compute Engine 上執行的 Google 代管 Kubernetes 版本) 等代管環境，可讓您專心體驗 Kubernetes，不必費心設定基礎架構。

如果您想在本機 (例如開發筆電) 上執行 Kubernetes，建議您瞭解 Minikube。這項服務可輕鬆設定單一節點 Kubernetes 叢集，用於開發和測試。如要使用 Minikube 完成本程式碼研究室，請參閱這篇文章。

關於 Jib

Jib 是一項開放原始碼工具，可讓您為 Java 應用程式建構 Docker 和 OCI 映像檔。這項工具提供 Maven 和 Gradle 外掛程式，以及 Java 程式庫。

Jib 的目標是：

• 快速：快速部署變更。Jib 會將應用程式分成多個層，並將依附元件與類別分開。現在您不必等待 Docker 重建整個 Java 應用程式，只要部署變更的層即可。
• 可重現：使用相同內容重建容器映像檔時，一律會產生相同映像檔。從此不必再觸發不必要的更新。
• 無精靈：減少 CLI 依附元件。從 Maven 或 Gradle 內建構 Docker 映像檔，並推送到您選擇的任何登錄檔。您不必再編寫 Dockerfile，也不必呼叫 docker build/push。

如要進一步瞭解 Jib，請前往 Github 專案頁面。

關於本教學課程

本教學課程使用 Jib 工具的範例程式碼，為 Java 應用程式建構容器。

這個範例是簡單的「hello world」服務，使用 Micronaut 架構和 Apache Groovy 程式設計語言。

課程內容

• 如何使用 Jib 將簡單的 Java 應用程式封裝為 Docker 容器
• 瞭解如何在 Kubernetes Engine 上建立 Kubernetes 叢集。
• 如何將 Micronaut 服務部署至 Kubernetes Engine 上的 Kubernetes
• 如何擴充服務及推出升級版本。
• 如何存取 Kubernetes 圖形資訊主頁。

軟硬體需求

• Google Cloud Platform 專案
• Chrome 或 Firefox 瀏覽器
• 熟悉標準 Linux 文字編輯器，例如 Vim、EMAC 或 Nano

您會如何使用本教學課程？

僅閱讀 閱讀並完成練習

您對建構 HTML/CSS 網頁應用程式的體驗滿意嗎？

新手 中級 熟練

您對使用 Google Cloud Platform 服務的體驗有何評價？

新手 中級 熟練

2. 設定和需求

自修實驗室環境設定

1. 登入 Cloud 控制台，建立新專案或重複使用現有專案。(如果沒有 Gmail 或 G Suite 帳戶，請先建立帳戶)。

注意：記住以下網址，即可輕鬆存取 Cloud 控制台：console.cloud.google.com。

請記住專案 ID，這是所有 Google Cloud 專案中不重複的名稱 (上述名稱已遭占用，因此不適用於您，抱歉！)。本程式碼研究室稍後會將其稱為 PROJECT_ID。

注意：如果您使用 Gmail 帳戶，可以將預設位置設為「沒有機構」。如果您使用 G Suite 帳戶，請選擇適合貴機構的位置。

2. 接著，您必須在 Cloud 控制台中啟用帳單，才能使用 Google Cloud 資源。

完成本程式碼研究室的費用應該不高，甚至完全免費。請務必按照「清除」部分的指示操作，瞭解如何停用資源，避免在本教學課程結束後繼續產生帳單費用。Google Cloud 新使用者可參加價值$300 美元的免費試用計畫。

3. 取得 Micronaut 範例原始碼

啟動 Cloud Shell 後，您可以使用指令列複製主目錄中的範例原始碼，然後 cd 到包含範例服務的目錄：

$ git clone https://github.com/GoogleContainerTools/jib.git
$ cd jib/examples/micronaut/

Jib 專案存放區也包含其他架構的範例專案，例如 Spring Boot 或 Vert.x，方便您試用其他範例。

4. 快速查看程式碼

我們的 Micronaut 簡易服務是由控制器組成，可輸出著名的 Hello World 訊息：

@Controller("/hello")
class HelloController {
    @Get("/")
    String index() {
        "Hello World"
    }
}

HelloController 控制器會回應 /hello 路徑下的要求，而 index() 方法會接受 HTTP GET 要求。

您也可以使用 Spock 測試類別，確認輸出內容是否包含正確訊息。

class HelloControllerSpec extends Specification {
    @Shared
    @AutoCleanup
    EmbeddedServer embeddedServer = ApplicationContext.run(EmbeddedServer)

    @Shared
    @AutoCleanup
    RxHttpClient client = embeddedServer.applicationContext.createBean(RxHttpClient, embeddedServer.getURL()) 

    void "test hello world response"() {
        when:
        HttpRequest request = HttpRequest.GET('/hello')
        String rsp  = client.toBlocking().retrieve(request)

        then:
        rsp == "Hello World"
    }
}

這項測試不僅僅是簡單的單元測試，實際上還會執行與正式環境相同的 Micronaut 伺服器堆疊 (以 Netty 架構為基礎)。因此，程式碼在產品中的行為與測試時完全相同。

如要執行測試，可以執行下列指令，確認一切正常：

./gradlew test

5. 在本機執行應用程式

您可以使用下列 Gradle 指令，正常啟動 Micronaut 服務：

$ ./gradlew run

應用程式啟動後，您可以透過「+」小圖示開啟額外的 Cloud Shell 執行個體，然後使用 curl 檢查是否取得預期輸出內容：

$ curl localhost:8080/hello

您應該會看到簡單的「Hello World」訊息。

6. 使用 Jib 將應用程式封裝為 Docker 容器

接著，準備在 Kubernetes 上執行應用程式。為此，我們將利用 Jib 為我們完成繁重的工作，因為我們不必自行處理 Dockerfile！

執行指令來建構容器：

$ ./gradlew jibDockerBuild

您應該會看到下列輸出內容：

Tagging image with generated image reference micronaut-jib:0.1. If you'd like to specify a different tag, you can set the jib.to.image parameter in your build.gradle, or use the --im
age=<MY IMAGE> commandline flag.

Containerizing application to Docker daemon as micronaut-jib:0.1...
warning: Base image 'gcr.io/distroless/java' does not use a specific image digest - build may not be reproducible
Getting base image gcr.io/distroless/java...
Building dependencies layer...
Building resources layer...
Building classes layer...
Finalizing...

Container entrypoint set to [java, -cp, /app/resources:/app/classes:/app/libs/*, example.micronaut.Application]
Loading to Docker daemon...

Built image to Docker daemon as micronaut-jib:0.1

Jib 會建構具有不同層的 Docker 映像檔：依附元件、資源和已編譯的程式碼。舉例來說，如果您修改程式碼，系統只會修改含有已編譯類別的層，並重複使用未變更的先前層，藉此節省建構時間。

映像檔建構完成後，請在 Cloud Shell 的第一個分頁中執行 Docker 映像檔，確認是否能看到友善的問候訊息：

$ docker run -it -p 8080:8080 micronaut-jib:0.1
16:57:20.255 [main] INFO  i.m.context.env.DefaultEnvironment - Established active environments: [cloud, gcp]
16:57:23.203 [main] INFO  io.micronaut.runtime.Micronaut - Startup completed in 2926ms. Server Running: http://97b7d76ccf3f:8080

服務正在執行中，因此我們現在可以在第二個 Cloud Shell 分頁中啟動 curl 指令，確認服務是否正常運作：

$ curl localhost:8080/hello
Hello World

您可以在 Cloud Shell 中按下 Ctrl+C 停止容器。

7. 將容器化服務推送至登錄檔

映像檔現在可正常運作，您可以將其推送至 Google Container Registry，這是 Docker 映像檔的私人存放區，可從每個 Google Cloud 專案存取 (但也可從 Google Cloud Platform 外部存取)。

在推送至登錄檔之前，請先前往「Tools」>「Container Registry」，確保專案已啟用 Container Registry。如果尚未啟用，您應該會看到下列對話方塊，請點選「啟用 Container Registry API」來啟用：

登錄檔準備就緒後，請啟動下列指令，將映像檔推送至登錄檔：

$ gcloud auth configure-docker
$ docker tag micronaut-jib:0.1 \
         gcr.io/$GOOGLE_CLOUD_PROJECT/micronaut-jib:0.1
$ docker push gcr.io/$GOOGLE_CLOUD_PROJECT/micronaut-jib:0.1

上述指令可讓 gcloud SDK 設定及授權 Docker，將映像檔推送至 Container Registry 執行個體，為映像檔加上標記以指向登錄檔中的位置，然後將映像檔推送至登錄檔。

如果一切順利，過一會兒後，您應該就能在控制台中看到列出的容器映像檔：依序點選「工具」>「Container Registry」。此時，您應該會看到專案適用的 Docker 映像檔，Kubernetes 幾分鐘後就能存取及協調這個映像檔。

請注意，雖然我們在此使用了登錄檔的通用網域 (gcr.io)，但您也可以更明確地指定要使用的可用區和值區。詳情請參閱：https://cloud.google.com/container-registry/docs/#pushing_to_the_registry

8. 建立叢集

現在可以建立 Kubernetes Engine 叢集了，但在此之前，請先前往網路控制台的 Google Kubernetes Engine 專區，等待系統初始化 (應該只需要幾秒鐘)。

叢集由 Google 管理的 Kubernetes 主要 API 伺服器和一組工作站節點組成。工作站節點是 Compute Engine 虛擬機器。讓我們使用 Cloud Shell 工作階段的 gcloud CLI，建立含兩個 n1-standard-1 節點的叢集 (這項作業需要幾分鐘才能完成)：

$ gcloud container clusters create hello-cluster \
  --num-nodes 2 \
  --machine-type n1-standard-1 \
  --zone us-central1-c

最後，您應該會看到建立的叢集。

Creating cluster hello-cluster in us-central1-c...done.
Created [https://container.googleapis.com/v1/projects/mn-gke-test/zones/us-central1-c/clusters/hello-cluster].
To inspect the contents of your cluster, go to: https://console.cloud.google.com/kubernetes/workload_/gcloud/us-central1-c/hello-cluster?project=mn-gke-test
kubeconfig entry generated for hello-cluster.
NAME           LOCATION       MASTER_VERSION  MASTER_IP       MACHINE_TYPE   NODE_VERSION  NUM_NODES  STATUS
hello-cluster  us-central1-c  1.9.7-gke.7     35.239.224.115  n1-standard-1  1.9.7-gke.7   2          RUNNING

或者，您也可以透過上述的控制台建立這個叢集：依序點選「Compute」>「Kubernetes Engine」>「Container Clusters」>「Create a container cluster」。

您可以在其他可用區中建立叢集，但建議將叢集保留在與容器登錄服務所用儲存空間值區相同的區域 (請參閱上一個步驟)。

您現在應該已擁有由 Google Kubernetes Engine 支援的完整 Kubernetes 叢集：

現在，請將自己的容器化應用程式部署至 Kubernetes 叢集！從現在起，您將使用 kubectl 指令列 (已在 Cloud Shell 環境中設定)。本程式碼研究室的其餘部分需要 Kubernetes 用戶端和伺服器版本為 1.2 以上。kubectl version 會顯示指令的目前版本。

9. 將應用程式部署至 Kubernetes

Kubernetes 部署可使用您剛建立的容器映像檔，建立、管理及擴充應用程式的多個執行個體。讓我們使用 kubectl create deployment 指令，在 Kubernetes 中建立應用程式的部署作業：

$ kubectl create deployment hello-micronaut \
  --image=gcr.io/$GOOGLE_CLOUD_PROJECT/micronaut-jib:0.1

如要查看剛才建立的部署作業，只要執行下列指令即可：

$ kubectl get deployments
NAME              DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
hello-micronaut   1         1         1            1           5m

如要查看部署作業建立的應用程式例項，請執行下列指令：

$ kubectl get pods
NAME                               READY     STATUS    RESTARTS   AGE
hello-micronaut-5647fb98c5-lh5h7   1/1       Running   0          5m

此時，您的容器應該已在 Kubernetes 的控管下執行，但您仍須讓外部存取該容器。

10. 允許外部流量

根據預設，Pod 只能透過叢集內的內部 IP 存取。如要從 Kubernetes 虛擬網路外部存取 hello-micronaut 容器，您必須將 Pod 公開為 Kubernetes 服務。

在 Cloud Shell 中，您可以結合 kubectl expose 指令和 --type=LoadBalancer 旗標，將 Pod 公開至網際網路。建立可從外部存取的 IP 時，必須使用這個旗標：

$ kubectl expose deployment hello-micronaut --type=LoadBalancer --port=8080

這個指令使用的旗標指定您將使用基礎架構提供的負載平衡器 (在本例中為 Compute Engine 負載平衡器)。請注意，您公開的是部署作業，而不是 Pod。這會導致產生的服務在 Deployment 管理的所有 Pod 中，進行流量負載平衡 (在本例中只有 1 個 Pod，但您稍後會新增更多副本)。

Kubernetes 主節點會建立負載平衡器和相關的 Compute Engine 轉送規則、目標集區和防火牆規則，確保可從 Google Cloud Platform 外部完整存取服務。

如要找出服務的公開 IP 位址，只要要求 kubectl 列出所有叢集服務即可：

$ kubectl get services
NAME              TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP     PORT(S)          AGE
hello-micronaut   LoadBalancer   10.39.243.251   aaa.bbb.ccc.ddd 8080:30354/TCP   1m
kubernetes        ClusterIP      10.39.240.1     <none>          443/TCP          31m

EXTERNAL-IP 可能需要幾分鐘才會顯示。如果找不到 EXTERNAL-IP，請稍候幾分鐘再試一次。

請注意，服務列出了 2 個 IP 位址，兩者都提供通訊埠 8080。一個是只能在雲端虛擬網路內看到的內部 IP，另一個是外部負載平衡 IP。在本範例中，外部 IP 位址為 aaa.bbb.ccc.ddd。

現在，只要在瀏覽器中前往這個網址：http://<EXTERNAL_IP>:8080/hello，就能連上服務。

11. 擴充服務規模

Kubernetes 的強大功能之一，就是能輕鬆擴充應用程式。假設您突然需要更多應用程式容量，只要告知複製控制器管理應用程式執行個體的新副本數量即可：

$ kubectl scale deployment hello-micronaut --replicas=3
deployment.extensions "hello-micronaut" scaled

$ kubectl get deployment
NAME              DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
hello-micronaut   3         3         3            3           16m

請注意，這裡採用的是宣告式方法，也就是宣告應隨時執行的執行個體數量，而不是啟動或停止新的執行個體。Kubernetes 調解迴圈只是確保實際情況符合您的要求，並視需要採取行動。

12. 推出服務升級

您部署到實際工作環境的應用程式，在某個時間點會需要修正錯誤或新增功能。Kubernetes 可協助您將新版本部署至正式環境，且不會影響使用者。

首先，請修改應用程式。從 Cloud Shell 開啟程式碼編輯器。

前往 /jib/examples/micronaut/src/main/groovy/example/micronaut/HelloController.groovy，然後更新回應的值：

@Controller("/hello")
class HelloController {
    @Get("/")
    String index() {
        "Hello Kubernetes World"
    }
}

在 /jib/examples/micronaut/build.gradle 中，我們會更新這一行，將映像檔版本從 0.1 升級至 0.2：

version '0.2'

然後重新建構及封裝應用程式，並套用最新變更：

$ ./gradlew jibDockerBuild

然後將映像檔加上標記並推送至容器映像檔登錄檔：

$ docker tag micronaut-jib:0.2 \
         gcr.io/$GOOGLE_CLOUD_PROJECT/micronaut-jib:0.2
$ docker push gcr.io/$GOOGLE_CLOUD_PROJECT/micronaut-jib:0.2

由於我們充分運用快取，建構及推送這個更新後的映像檔的速度應該會快上許多。

現在 Kubernetes 可以順利將複製控制器更新為新版應用程式。如要變更執行中容器的映像檔標籤，請編輯現有的 hello-micronaut deployment，並將映像檔從 gcr.io/PROJECT_ID/micronaut-jib:0.1 變更為 gcr.io/PROJECT_ID/micronaut-jib:0.2。

您可以使用 kubectl set image 指令，要求 Kubernetes 透過滾動更新，一次在整個叢集部署一個執行個體的新版應用程式：

$ kubectl set image deployment/hello-micronaut \
          micronaut-jib=gcr.io/$GOOGLE_CLOUD_PROJECT/micronaut-jib:0.2

deployment.apps "hello-micronaut" image updated

在此期間，服務使用者可能會遇到中斷情形。但這是因為沒有設定健康狀態檢查。這是稍微進階的設定，我們不會在本實驗室中新增健康狀態檢查。

再次檢查 http://EXTERNAL_IP:8080，確認傳回的是新回應。

13. 復原

糟糕，您是否不小心上傳了新版應用程式？或許新版本含有錯誤，您需要快速還原。使用 Kubernetes 時，您可以輕鬆復原至先前的狀態。執行下列指令，復原應用程式：

$ kubectl rollout undo deployment/hello-micronaut

如果查看服務的輸出內容，會發現我們又回到最初的「Hello World」訊息。

14. 摘要

在本步驟中，您設定了以 Apache Groovy 為基礎的簡單 Micronaut Hello World 服務，並直接從 Cloud Shell 內執行該服務，然後使用 Jib 將其封裝為容器，並部署至 Google Kubernetes Engine。

15. 恭喜！

您已學會如何建構新的 Apache Groovy / Micronaut 網頁型微服務，並部署至 Google Kubernetes Engine 上的 Kubernetes。

瞭解詳情

• Jib 說明文件和範例：https://github.com/GoogleContainerTools/jib/
• Micronaut 網站：http://micronaut.io/
• 在 Google Cloud Platform 上使用 Java：https://cloud.google.com/java/
• 如需 Java 範例，請參閱：https://cloud.google.com/java/samples
• 如需更完整詳細的 Kubernetes 教學課程，請參閱 bit.ly/k8s-lab，瞭解如何部署全端應用程式。

授權

這項內容採用的授權為 Creative Commons 姓名標示 2.0 通用授權。